Die
Erfindung betrifft einen verbesserten Motorhalter für ein Nutzfahrzeug,
der zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Lagerelement angeordnet
ist, wobei der Motorhalter einen Befestigungsflansch zur lösbaren Verbindung
mit dem Verbrennungsmotor und eine Lagerverbindung zur lösbaren Verbindung
mit dem Derartige Vorrichtungen zur Halterung von Verbrennungsmotoren
in Fahrzeugen sind aus dem Stand der Technik bekannt und sind in den 4 und 5 beispielhaft dargestellt. Im Allgemeinen
erfolgt die Lagerung des Motors auf Konsolen des Fahrgestellrahmens,
den so genannten Motoraufhängungen, über Silentblöcke bzw.
Gummilager.
Der Motorhalter kommt als Verbindungselement zwischen dem Verbrennungsmotor und
einem Gummilager zum Einsatz. Das Gummilager ist mit dem Rahmen
des Fahrzeugs verbunden, wobei der Motorhalter und das Gummilager
zur Befestigung eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug mehrfach
vorhanden sind und den Verbrennungsmotor an mehreren Befestigungspunkten,
den Motoraufhängungen
am Rahmen des Fahrzeugs aufhängen
(4-Punkt-Lagerung). Das Gummilager dient der schwingungsgedämpften Aufhängung des
Verbrennungsmotors im Fahrzeug, und stellt somit ein wichtiges Element
zur Geräuschisolierung
und Schwingungsdämpfung
dar. Weiterhin nimmt das aus den vorgenannten Elementen bestehende
Motorlager zumindest teilweise während
des Betriebs des Motors auftretende Kräfte und Momente auf. Insbesondere
zeichnet sich der Verbrennungsmotor eines Nutzfahrzeugs durch eine
hohe Gewichtskraft und hohe auftretende Drehmomente aus, welche
von den Motorhaltern ebenfalls aufgenommen werden.
Der
Motorhalter ist in der Regel starr mit dem Verbrennungsmotor verbunden
und vorzugsweise außen
am Kurbelgehäuse
angeflanscht. Die Lagerverbindung ist mit einem Gummilager verbunden, welche
hauptsächlich
mit einer Druckkraft belastet ist, denn die Motorhalterung leitet über einen
Auflagepunkt die Kräfte
in das Gummilager ein, wobei die Gewichtskraft des Verbrennungsmotors
einen wesentlichen Kraftanteil bewirkt. Die konstruktive Gestaltung
der Motorhalter wird von der Kräftebeanspruchung
bestimmt, so dass die Motorhalter insbesondere in der Wirkungsrichtung
der Betriebskräfte eine
hohe Belastbarkeit und eine entsprechend hohe Steifigkeit aufweisen.
Gemäß dem Stand
der Technik sind derartige Motorhalter bekannt, die meist im Urformverfahren
aus Sphäroguss
hergestellt sind. Dabei weist der Motorhalter einen planen, rechteckförmigen Befestigungsflansch
auf, welcher über
Stege und zur Versteifung dienende Rippen mit einer Lagerverbindung einstückig verbunden
ist. Durch diese konstruktiven Ausführungen sind bekannte Motorhalter
relativ schwer und erfordern eine aufwändige spanende Bearbeitung
des Befestigungsflanschs.
Aus
der
DE 4412879 A1 ist
ein Motorhalter bekannt, welcher ein Gummilager umfasst, das durch einen
ersten und einen zweiten Stützkörper gebildet ist,
wobei die Stützkörper durch
einen ersten Federkörper
aus elastomerem Werkstoff aufeinander abgestützt sind. Einer der Stützkörper ist
mit einem Befestigungsflansch starr verbunden. Die Konstruktion des
Motorhalters ist hierin aus einem Blechmaterial im Umformverfahren
hergestellt, wobei prozessbedingt die Gestaltungsfreiheit hinsichtlich
der kraftflussoptimierten Gestaltung des tragenden Umformbleches
begrenzt ist und die Aufnahme hoher Betriebskräfte im Einsatzbereich eines
Nutzfahrzeugs nur bedingt möglich
ist. Die Herstellung dieses Motorhalters ist kompliziert und teuer.
Die
DE 19961679 A1 offenbart
einen LKW-Motorhalter mit einem an einem LKW-Rahmen gelagerten LKW-Motor mit einem
zwischen LKW-Rahmen und LKW-Motor angeordneten Lagerelement, das
ein erstes Verankerungsteil und ein relativ zu dem ersten Verankerungsteil
bewegbares zweites Verankerungsteil aufweist, wobei das erste oder
das zweite Verankerungsteil mit dem LKW-Motor und das jeweils andere
Verankerungsteil mit dem LKW-Rahmen verbunden ist. Der hierin offenbarte Motorhalter
weist ebenfalls eine aufwändige
Konstruktion auf, wobei mehrere spanend zu bearbeitende Funktionsflächen vorgesehen
sind. Insbesondere die Verbindung zwischen dem Trägerelement
und dem im Gummilager angeordneten Verankerungsteil ist komplex
konstruiert, da die Betriebskräfte über Vorsprünge in der
Teilungsebene aufgenommen werden müssen.
In
der
DE 10262059 A1 ist
ein Motorhalter offenbart, welcher einen ersten Halter, der am Fahrzeugrahmen
festlegbar ist, und einen zweiten Halter umfasst, der an einem zweiten
Halter festlegbar ist, wobei der erste Halter und der zweite Halter
mittels eines Federkörpers
aus elastomerem Werkstoff elastisch nachgiebig miteinander verbunden
ist. Diese Ausführung
eines Motorhalters weist ebenfalls viele spanend zu bearbeitende
Flächen
auf, um für
die Montage entsprechende Verbindungselemente wie Schrauben aufnehmen
zu können.
Zudem ist die Konstruktion sehr sperrig und durch die gehäuseartige
Ausführung
des ersten Halters nicht gewichtsoptimiert.
Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motorhalter
für ein
Nutzfahrzeug zu schaffen, welcher die Nachteile des bekannten Standes
der Technik vermeidet. Der verbesserte Motorhalter soll einfach
und kostengünstig
herstellbar und montierbar sein.
Diese
Aufgabe wird durch einen Motorhalter für ein Nutzfahrzeug mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
Erfindungsgemäß ist es
vorteilhaft, dass der Motorhalter zumindest zwei separate Streben
mit jeweils einem Befestigungsflansch aufweist, die im Wesentlichen
V-förmig
in einer gemeinsamen Lagerverbindung enden.
Hierdurch
werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden und der Motorhalter
ist kostengünstig
herstellbar und montierbar. Ferner bietet die Lösung den Vorteil, dass der
Motorhalter durch die geteilte Ausführung des Flansches gewichtsoptimiert
ausgelegt werden kann. Durch die Separierung zweier Streben ist
bei minimalem Materialeinsatz eine sehr steife Konstruktion realisierbar.
Damit entfallen Versteifungselemente, welche als Verrippung außen am Motorhalter angebracht
sind. Der Motorhalter kann somit in seiner Konstruktion auf die
Verbindungselemente wie die Lagerverbindung und den Befestigungsflansch
konzentriert werden. Die Ausführung
des Flansches erspart durch seine geteilte Form des Flansches eine
spanende Bearbeitung zwischen den Einzelflanschen. Bei der Auslegung
der Kontaktflächen
eines Flansches ist meist eine Reduzierung der Kontaktfläche vorgesehen,
um durch eine verkleinerte Kontaktfläche die Flächenpressung zu erhöhen. Unebenheiten
in der Auflageebene, und ein Kippeln durch eine fehlende Plananlage
sind somit vermeidbar. Die Auflagefläche konzentriert sich daher
insbesondere auf den Bereich der Verschraubung, um eine maximale
Flächenpressung,
eine minimale Verformung aufgrund der Kontaktfläche und eine definierte Auflagegeometrie
zu erhalten. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Motorhalters
kann dieser sowohl zur Halterung von 4-Zylinder-Motoren als auch
zur Halterung von 6-Zylinder Motoren eingesetzt werden.
Diese
Vorteile werden bei der zweiteiligen Ausführung des Flansches, das heißt bei einem
kurzen Flansch pro Strebe gemäß der Erfindung
erreicht, ohne durch einen spanenden Arbeitsgang mittels einer Fräsbearbeitung
eine mittige Tasche in die Plananlage des Befestigungsflansches
herstellen zu müssen.
Bei der erfindungsgemäßen Auslegung
des Bauteils ist somit nur noch ein Planfräsen der tatsächlichen
Auflagefläche
erforderlich, wobei die Spanabnahme in einer Bearbeitungsebene stattfindet
und sich die Auflagefläche
im Wesentlichen im Bereich der Durchgangsbohrungen für die Schrauben
befindet. Der Befestigungsflansch weist eine derart vorteilhafte
zweigeteilte Form auf, dass der freie Bereich zwischen den beiden
Flanschhälften
in den von den V-förmig
angeordneten Streben gebildeten Freiraum übergeht.
Eine
weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass der
Motorhalter als Gussteil, vorzugsweise aus Grauguss GG30, hergestellt ist.
Durch die belastungsoptimierte Auslegung des Motorhalters kann auf
die Auswahl eines kostenintensiveren sphärolitischen Gusses (GGG) verzichtet werden.
Der Sphäroguss
mit kugelförmig
eingeschlossenem Graphit weist zudem eine geringere Dämpfungswirkung
als der eingesetzte Grauguss mit lamellenförmig eingeschlossenem Graphit
auf. Dieser Werkstoff ist weit verbreitet, verursacht geringe Herstellungskosten
und bietet aufgrund des lamellenförmig eingeschlossenen Graphits
sehr gute Dämpfungseigenschaften.
Daher können
die mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Grauguss (GG)
optimal für
die vorliegende Anwendung nutzbar gemacht werden.
Außerdem ist
es vorteilhaft, dass die Streben in Kraftflussrichtung orientiert
sind. Dadurch werden die Streben im Wesentlichen auf Zug- und Druckkräfte beansprucht,
und es treten kaum Biege- und Querkräfte auf. Die Wirkungsrichtung
der Kräfte
vom Gummilager, die in die Lagerverbindung eingeleitet werden, liegt
hauptsächlich
in der V-Ebene der Streben, so dass senkrecht auf die V-Ebene kaum
Biegebeanspruchungen auftreten und damit keine Versteifungselemente
vorgesehen werden müssen.
Dadurch treten im Motorhalter auch keine Spannungsspitzen in den Übergängen zwischen
den Streben und dem Befestigungsflansch bzw. der Lagerverbindung
aufgrund von Biegebeanspruchungen auf und die Erfindung bietet dadurch
eine weitere Reduktion des Materialeinsatzes. Ein weiterer Vorteil
der belastungsgerechten Anordnung der Streben ist die minimale Materialermüdung, so
dass die Gefahr eines Ausfalles eines Motorträgers deutlich reduziert wird.
Vorteilhafter
Weise sind die Befestigungsflansche quer zur V-Ebene, d.h. quasi
T-förmig angeordnet.
Bei dieser vorteilhaften Ausführung
ragen die Streben aus der Ebene des Befestigungsflansches heraus
und erstrecken sich bis zur Lagerverbindung. Die Zug-Druckbelastung
der Streben geht in die Flanschteile über, so dass bei einer senkrechten
Anordnung des Flansches zur V-Ebene der Streben die Belastung optimal über Befestigungselemente
in den Rahmen des Nutzfahrzeugs übergeleitet
werden kann. Somit sind auch die von den Flanschteilen auf den Rahmen
wirkenden Kräfte
im Wesentlichen Zug- Druckkräfte
und formschlüssige
Befestigungselemente wie Nasen, Nuten, Verstiftungen oder dergleichen
können
entfallen.
Nach
einer möglichen
Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Streben
im Wesentlichen einen elliptischen Querschnitt aufweisen. Die Ellipse
erstreckt sich dabei in ihrer Längsrichtung quer
zur von den Streben gebildeten V-Ebene. Damit ist eine maximale
Seitenstabilität
der Verstrebung gegenüber
dem Befestigungsflansch gegeben, denn Belastungen quer zur V-Ebene äußern sich
bauteilintern als Biegebeanspruchung. Durch die gegebene Anordnung
der Längsrichtung
der Ellipse kann das höhere
Flächenträgheitsmoment
in der Längsrichtung
des Ellipsenquerschnittes zur Erhöhung der Stabilität quer zur
V-Ebene optimal genutzt werden. Biegemomente treten in der Seitenrichtung
der Ellipse nicht oder nur in geringer Höhe auf, da sich vom Gummilager
wirkende Kräfte
mit einer Wirkungsrichtung in der V-Ebene in den Streben lediglich
als Zug- und Druckkräfte äußern, wobei
hierfür
das Flächenträgheitsmoment
des Strebenquerschnittes in der Seitenrichtung unerheblich ist.
Das Seiten- Längenverhältnis des
elliptischen Querschnitts kann dabei vorzugsweise 1:4 betragen.
Vorteilhafter
Weise beträgt
der Öffnungswinkel
der V-förmig
zueinander angeordneten Streben 45° bis 60°, vorzugsweise 50°. Der angegebene Öffnungswinkel
führt zu
einem vorteilhaften Abstand der beiden Flanschteile, wobei sich
mit größerem Öffnungswinkel
der Abstand der Flanschteile vergrößert. Bei einer weiteren Vergrößerung des Öffnungswinkels
verringern sich die durch die Krafteinwirkung auf die Lagerverbindung
hervorgerufenen Zug- und Druckkräfte
in den Streben, jedoch nimmt der Motorhalter auch größere Außenmaße an. Bei
einer Verkleinerung des Öffnungswinkels
hingegen nimmt zwar der Platzbedarf des Motorhalters aufgrund der enger
liegenden Flanschteile ab, jedoch erhöhen sich die auftretenden Zug-Druckkräfte in den
Streben, wobei die Zugkräfte
in den Schraubenverbindungen des Befestigungsflansches ebenfalls
höhere Werte
annehmen und evtl. zu einer Überbelastung
in den Schrauben führen
kann.
Um
eine vorteilhafte Montagemöglichkeit des
Befestigungsflansches des Motorhalters am Rahmen des Nutzfahrzeugs
zu schaffen, weisen die am Ende der Streben angeordneten Befestigungsflansche
Durchgangsbohrungen auf, wobei insgesamt vier Durchgangsbohrungen
ein Rechteck bilden. Dabei weist jeweils ein Flansch pro Strebe
zwei Durchgangsbohrungen auf. Die insgesamt vier Durchgangsbohrungen
pro Motorträger
sind dabei so angeordnet, dass sie der rechteckförmigen Lochanordnung der Motorträger vom
Stand der Technik entsprechen. Hierdurch lassen sich vorhandene
Motorlager mit den erfindungsgemäßen Motorträgern nachrüsten. Ferner
müssen
die in der Regel am Kurbelgehäuse
angebrachten motorseitigen Gewindebohrungen nicht geändert werden.
Vorteilhafter
Weise weisen die Streben gegenüber
dem Befestigungsflansch im Wesentlichen einen Neigungswinkel von
15°, gemessen
senkrecht zur V-Ebene auf. In dieser Geometrie ist der Motorhalter
optimal an die Einbaubedingungen und die Anschlussmaße des Flansches
relativ zur Lagerverbindung angepasst, wobei durch ein Drehen des
Motorhalters um 180° zwei
unterschiedliche Positionen der Lagerverbindung relativ zum symmetrischen
Befestigungsflansch erzielbar sind.
Eine
weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die
Lagerverbindung zwei Bohrungen aufweist. Durch zwei parallel angeordnete
Bohrungen wird vorteilhafter Weise die Möglichkeit geschaffen, das Gummilager
mit zwei Schrauben zu verschrauben, so dass dadurch eine Verdrehsicherung
erzeugt wird. Im Betrieb der Motorhalterung ist durch eine zweifache
Verschraubung zum Gummilager ferner eine höhere Sicherheit gegeben, sodass sich
die Verschraubung nicht lösen
kann. Ein Verdrehen des Gummilagers relativ zum Motorhalter und damit
ein Lösen
der Schraubenverbindung kann ausgeschlossen werden, da die Rotationsbewegung
des Gummilagers durch die parallele Anordnung der Schrauben verhindert
wird.
An
den Übergängen der
Streben 4, 4 zwischen den Flanschen 2, 2,
der Lagerverbindung 3 und in der Kehle, welche beide Streben 4, 4 bilden, sind
Gussradien angebracht, insbesondere um den Gießprozess zu optimieren und
Kerbwirkungen zu minimieren. Damit erfolgt jeder Übergang
der Strukturteile zwischen den Streben über weich auslaufende Übergänge, um
scharfkantige Querschnittssprünge
zu vermeiden. An der Seite der Lagerverbindung 3 entspricht
das Längsmaß der Ellipse
des Querschnittes der Streben 4 im Wesentlichen der Breite der
Lagerverbindung 3. Damit entsteht weder zwischen der Strebe 4 und
dem Flansch 2 noch zwischen der Strebe 4 und der
Lagerverbindung 3 ein Querschnittssprung, was einen optimalen
Kraftfluss und minimale Kerbwirkung im gesamten Bauteil bewirkt.