DE102005022267A1

DE102005022267A1 - Fahrzeugchassis

Info

Publication number: DE102005022267A1
Application number: DE200510022267
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Ebert
Original assignee: BPW Bergische Achsen KG
Current assignee: BPW Bergische Achsen KG
Priority date: 2005-05-10
Filing date: 2005-05-10
Publication date: 2006-11-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugchassis (1) mit zwei sich in Fahrtrichtung (F) erstreckenden, einen zur Seite hin offenen Profilquerschnitt (P) aufweisenden Längsträgern (3), deren Unterseiten bereichsweise Anlageflächen (14) zur Anbindung eines Fahrwerks (2) bilden, wobei im Bereich der Anlageflächen (14) ein Versteifungselement (4) in die seitliche Öffnung des Profilquerschnitts (P) eingesetzt ist. DOLLAR A Um bei einem solchen Fahrzeugchassis (1) eine quer zur Fahrtrichtung (14) breite Auflage für die Anbindung des Fahrwerks (2) bei gleichzeitig großer Steifigkeit des Längsträgers (3) gegenüber Querkräften zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Versteifungselement (4) die Anlagefläche (14) quer zur Fahrtrichtung (F) erweitert.

Description

Fahrzeugchassis mit zwei sich in Fahrtrichtung erstreckenden, einen zur Seite hin offenen Profilquerschnitt aufweisenden Längsträgern, deren Unterseiten bereichsweise Anlageflächen zur Anbindung eines Fahrwerks bilden, wobei im Bereich der Anlageflächen ein Versteifungselement in die seitliche Öffnung des Profilquerschnitts eingesetzt ist.

Üblicherweise weisen die Längsträger eines Fahrzeugchassis einen zur Seite hin offenen Profilquerschnitt auf, der über eine in vertikaler Richtung große Biegesteifigkeit verfügt. Typische Profilquerschnitte sind C-, T-, U- und insbesondere Doppel-T-förmig. Unten an dem Längsträger befestigt ist das Fahrwerk, welches auf diese Weise mit dem Chassis verbunden ist und über welches die im Fahrbetrieb auftretenden Kräfte in das Chassis eingeleitet werden. Da die Längsträger in vertikaler Richtung eine große Steifigkeit aufweisen, bereiten die im Fahrbetrieb auftretenden Vertikalkräfte, die sich z.B. aus dem Fahrzeuggewicht, Straßenunebenheiten usw. ergeben, keine Probleme.

Weniger zufriedenstellend ist die Steifigkeit solcher Längsträger gegenüber quer zur Fahrtrichtung angreifenden Kräften und Momenten, wie diese insbesondere bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs auftreten.

Aus der EP 0 325 002 A1 ist ein Fahrzeugchassis bekannt, bei welchem das Fahrwerk über Stützen mit den Längsträgern des Chassis verbunden ist. Jede Stütze ist an ihrem oberen Ende als schmales Blech gestaltet, welches stirnseitig mit dem Chassis verschweißt ist. Es ergibt sich daher eine quer zur Fahrtrichtung betrachtet sehr schmale Anlagefläche zwischen Chassis und Fahrwerk, weshalb diese Konstruktion anfällig gegenüber Querkräften bzw. Momenten ist. Die Stützen tragen faktisch nur zur Übertragung von Vertikalkräften bei. Um die Widerstandsfähigkeit dieser Konstruktion gegenüber Querbelastungen zu verbessern, wird vorgeschlagen, eine schräg verlaufende Strebe mit ihrem unteren Ende mit Komponenten des Fahrwerks, und mit dem oberen Ende innerhalb der seitlichen Öffnung des Profilquerschnitts des Längsträgers zu verschweißen. Bei dieser Konstruktion haben sich die Schweißverbindungen vor allem am oberen Ende der Stütze, aber auch am unteren Ende der diagonalen Strebe als nachteilig erwiesen. Denn häufig wird das Fahrzeugchassis vom Fahrzeugbauer, noch bevor es mit dem Fahrwerk verbunden wird, oberflächenveredelt, z.B. verzinkt. Diese Oberflächenveredlung kann beim anschließenden Verschweißen des Chassis mit dem Fahrwerk aufgrund der großen Schweißtemperaturen Schaden nehmen. Wünschenswert ist daher eine "kalte" Verbindungstechnik, die aber beim Stand der Technik im Bereich des oberen Endes der Stütze aufgrund des dort sehr geringen Querschnitts nicht realisierbar ist.

Aus der US 5,887,881A ist eine Chassiskonstruktion bekannt, bei welcher das Chassis und das Fahrwerk über einen an einer Flachseite eines Längsträgers verschraubten Montagewinkel miteinander verbunden werden. Diese Konstruktion weist zwar den Vorteil auf, dass Beschädigungen des oberflächenveredelten Chassis bei der Montage mit dem Fahrwerk vermieden werden. Nachteilig bei dieser Konstruktion ist allerdings, dass der Montagewinkel nur an einer Flachseite, nicht aber in einer Öffnung des Profilquerschnitts montierbar ist, weshalb der Montagewinkel nicht wesentlich zur Aussteifung des Profils und damit zur Vermeidung unerwünschter Verformungen aufgrund quer zur Fahrtrichtung wirkender Belastungen beitragen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugchassis der eingangs genannten Art anzugeben, welches sich durch eine quer zur Fahrtrichtung breite Auflage für die Anbindung des Fahrwerks bei gleichzeitig günstiger Krafteinleitung aus dem Fahrwerk in das Chassis auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass das Versteifungselement die Anlagefläche quer zur Fahrtrichtung erweitert.

Mit einem solchen Versteifungselement werden gleichzeitig zwei Vorteile erreicht. Zum einen bewirkt das in der Öffnung des Profilquerschnitts untergebrachte Versteifungselement eine Versteifung des Profilquerschnitts gegenüber quer zur Fahrtrichtung angreifenden Kräften bzw. Momenten, wie sie vor allem bei Kurvenfahrten auftreten. Hierzu trägt auch die verbreiterte Verbindungsfläche zwischen Chassis einerseits und Fahrwerk andererseits bei. Mit der verbreiterten Auflagefläche ist ein weiterer Vorteil verbunden, da diese genügend Platz für eine die Oberflächenbehandlung des Chassis nicht beeinträchtigende Befestigung bietet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Profilquerschnitt und das Versteifungselement nach unten hin bündig in der gemeinsamen Anlagefläche abschließen, wodurch sich eine ebene, vollflächige Anlage ergibt. Die Kontaktfläche zwischen Chassis und Fahrwerk ist daher frei von störenden Stufen, Versätzen o.ä.

Von besonderem Vorteil ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Anlagefläche mit Mitteln zur lösbaren Befestigung des Fahrwerks versehen ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es dem Fahrzeugbauer, das Fahrzeugchassis zunächst einer Oberflächenveredelung, z.B. Verzinken, zu unterziehen, und es anschließend, ohne Beschädigungen der behandelten Oberfläche in Kauf nehmen zu müssen, mit dem Fahrwerk z.B. durch Verschrauben lösbar zu verbinden. Aufgrund der verbreiterten Anlagefläche ist genug Raum für eine ausreichend große Anzahl Schrauben, so dass die Schraubverbindung sämtlichen im Fahrbetrieb auftretenden Belastungen standzuhalten vermag. In diesem Zusammenhang ist es weiter von Vorteil, wenn die Mittel zur lösbaren Befestigung des Fahrwerks sowohl am Längsträger als auch am Versteifungselement vorgesehen sind.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Erfindungsgedankens weist das Versteifungselement einen vertikalen Abschnitt auf, der in die Öffnung des Profilquerschnitts eingreift, und einen horizontalen Abschnitt, der die Anlagefläche quer zur Fahrtrichtung erweitert. Mit dem in die Öffnung des Profilquerschnitts eingreifenden, vertikalen Abschnitt wird eine Versteifung des Profilquerschnitts bzw. des Längsträgers erreicht. Gleichzeitig verbreitert der horizontale Abschnitt die Auflagefläche, wodurch dort auf größerer Breite eine lösbare Befestigung des Fahrwerks bzw. der Fahrwerksteile ermöglicht wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass vertikaler Abschnitt und horizontaler Abschnitt über einen zu beiden im wesentlich rechtwinklig angeordneten Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Verbiegungen des vertikalen zu dem horizontalen Abschnitt werden hierdurch reduziert. Auch diese Ausgestaltung ist daher der Steifigkeit des Profilquerschnitts zuträglich.

Das Versteifungselement kann ein einstückiges Umformteil sein, vorzugsweise mit einer als Verbindungsabschnitt dienenden Sicke. Dadurch wird eine kostengünstige, wenige Fertigungsschritte umfassende Gestaltung des aus dem horizontalen sowie dem vertikalen Abschnitt und gegebenenfalls dem Verbindungsabschnitt zusammengesetzten Versteifungselements möglich.

In fertigungstechnischer Hinsicht kann es aber auch von Vorteil sein, wenn das Versteifungselement zweistückig mit einer als Verbindungsabschnitt angeschweißten oder auch angeformten Rippe ist.

Zur Reduzierung des Gesamtfahrzeuggewichts ist es von Vorteil, wenn die Materialstärke des Versteifungselements geringer ist als die Materialstärke des Längsträgers. Da sich das Versteifungselement seitlich an die Anlagefläche anschließt und zur Aussteifung gegenüber Querkräften dient, ist es möglich dieses mit einer geringeren Materialstärke zu versehen, da es den betragsmäßig größeren, vom Längsträger aufgenommenen Vertikalkräften nicht standzuhalten braucht.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Profilquerschnitt nach Art eines Doppel-T-Trägers aus einem Obergurt, einem Untergurt und einem Verbindungssteg besteht. Derartige Doppel-T-Träger zeichnen sich durch eine große Steifigkeit aus und können wahlweise einstückig in einem Strangpressverfahren oder mehrstückig durch Verschweißen von als Obergurt, Untergurt und Verbindungssteg dienenden und auf Rollen, den sog. Coils, bevorrateten Metallstreifen in einem Durchlaufprozess hergestellt werden.

Für die Steifigkeit des Längsträgers gegenüber quer zur Fahrtrichtung angreifenden Kräften ist es ferner von Vorteil, wenn der Vertikalabschnitt des Versteifungselements zumindest bereichsweise mit dem Obergurt, dem Untergurt und dem Verbindungssteg durch Schweißen verbunden ist.

Weitere Vorteile sowie Einzelheiten des erfindungsgemäßen Fahrzeugchassis werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der Zeichnungen erläutert. In diesen zeigt:
1: einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Fahrzeugchassis sowie ein Fahrwerk in einer vertikalen, quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Ebene, wobei nur eine Fahrzeugseite dargestellt ist,
2: eine perspektivische Ansicht des Fahrwerks gemäß 1,
3: eine perspektivische Ansicht des Versteifungselements gemäß 1 und
4: eine Seitenansicht des Versteifungselements.
In 1 sind das Chassis 1 sowie das Fahrwerk 2 eines Nutzfahrzeuganhängers oder -aufliegers dargestellt. Oberhalb der mit E bezeichneten Ebene befindet sich das Chassis 1, welches über Schraubverbindungen 10 mit dem Fahrwerk 2 lösbar verbunden ist. Das Chassis 1 besteht im wesentlichen aus zwei sich in Fahrtrichtung F (vgl. 2) erstreckenden Längsträgern 3, die nach Art eines symmetrischen Doppel-T-Trägers geformte Profilquerschnitte P aufweisen, und über Querträger 5 starr miteinander verbunden sind. Das Profit P des Längsträgers 3 setzt sich zusammen aus einem horizontalen Obergurt 3a, einem horizontalen Untergurt 3b sowie einem diese mittig verbindenden, vertikalen Verbindungssteg 3c, die durch Schweißen gefügt sind. Alternativ kann das Profil P des Längsträgers 3 auch als einstückiges Strangpressprofil ausgebildet sein.
Das doppel-T-förmige Profil P des Längsträgers 3 ist zu beiden Seiten hin offen ausgebildet. In der in 1 rechten Öffnung, welche fahrzeuginnen liegt, ist ein Versteifungselement 4 eingeschweißt. Wie 1 zu entnehmen ist, erstrecken sich Schweißnähte 17 entlang des Obergurtes 3a, des Untergurtes 3b und bereichsweise entlang des Verbindungsstegs 3c auf beiden Seiten des Versteifungselements 4.
Der Aufbau des Versteifungselements 4 wird nun anhand der 3 und 4 erläutert. Wie 4 am besten erkennen lässt, setzt sich das Versteifungselement 4 aus einem langen Vertikalabschnitt 4a von trapezförmiger, nach unten hin breiter werdender Gestalt, einem kurzen Horizontalabschnitt 4b sowie einem Verbindungsabschnitt 4c zusammen. Der Verbindungsabschnitt 4c ist eine Rippe, die den Vertikalabschnitt 4a gegenüber dem Horizontalabschnitt 4b biegesteif abstützt.
Das Versteifungselement 4 kann insgesamt als einstückiges, zweistückiges oder auch als dreistückiges Bauteil gefertigt sein. Dargestellt ist ein zweiteiliges Versteifungselement 4, welches sich aus einem einteilig, durch Abkantung eines Stanzteils hergestellten Vertikalabschnitt 4a mit Horizontalabschnitt 4b, und ferner dem davon getrennt hergestellten, eine Rippe bildenden Verbindungsabschnitt 4c zusammengesetzt ist. Der Verbindungsabschnitt 4c ist auf beiden Seiten und entlang seiner gesamten Kantenlänge sowohl mit dem Horizontal- wie auch mit dem Vertikalabschnitt 4a durch Schweißen verbunden. Wie sich 3 am besten entnehmen lässt, weist der Horizontalabschnitt 4b eine (verglichen mit der Breite B des Versteifungselements 4 in dessen Fußbereich) geringere Breite B₁ auf, weshalb eine Aussparung 15 der Breite B₂ entsteht. Die Breite B₁ entspricht dem Betrag, um welchen die Anlagefläche 14 an der Unterseite des Längsträgers 3 seitlich erweitert ist. Die Breite B₂ der Aussparung 15 entspricht in etwa der halben Breite des Untergurtes 3b, so dass der vertikale Abschnitt 4a des Versteifungselements 4 in die seitliche Öffnung des Profils P einsetzbar und dort einschweissbar ist. Hierbei schließt sich der horizontale Abschnitt 4b seitlich an den Untergurt 3b an, und verlängert diesen nach fahrzeuginnen hin.
Eine Anpassung des Versteifungselements 4 an einen Längsträger mit geringerer Innenhöhe ist sehr einfach durch ein entsprechendes Kürzen des langen Vertikalabschnitts 4a möglich. Für unterschiedlich hohe Längsträger 3 müssen daher keine unterschiedlich gestalteten Versteifungselemente 4 vorrätig gehalten werden, was die Lagerhaltung beim Hersteller vereinfacht.
Die Ausnehmung 15 ist an die Materialstärke M_L des Untergurtes 3b so angepasst, dass das Einsetzen des vertikalen Abschnitts 4a in die seitliche Öffnung nicht behindert wird und die Unterseiten des horizontalen Abschnitts 4b sowie des Untergurtes 3b eine gemeinsame, ebene Anlagefläche 14 bilden. Auch ist es möglich, das untere Ende des Vertikalabschnitts 4a mit der Oberseite des Untergurtes 3b (vgl. 1) zu verschweißen.
In dem der Ausnehmung 15 abgewandten Bereich des Horizontalabschnitts 4b ist dieser mit einer Bohrung 13 zum Durchführen eines Bolzens oder einer Schraube versehen, die ebenso wie weitere, am Untergurt 3b vorgesehen Bohrungen 10 zur Bereitstellung einer "kalten" Verbindung zwischen Chassis 1 und Fahrwerk 2 dient.
Alternativ zu der Ausführungsform in den 3 und 4 kann das Versteifungselement 4 auch einstückig als Umformteil hergestellt werden, wobei der als Rippe dienende Verbindungsabschnitt 4c dann auch durch z.B. eine versteifende Sicke im Verbindungsabschnitt gebildet werden kann. Auch eine dreistückige Ausgestaltung, bei der der Vertikalabschnitt 4a, der Horizontalabschnitt 4b, wie auch der Verbindungsabschnitt 4c als separate und miteinander durch Schweißen verbundene Einzelteile gefertigt werden, ist denkbar.
Das Verschweißen des sich nach unten trapezförmig erweiternden Vertikalabschnitts 4a mit dem Obergurt 3a, dem Untergurt 3b sowie dem Verbindungssteg 3c des Längsträgers 3 führt zu einer Versteifung des Längsträgers 3 zum Beispiel gegenüber Querkräften. Zur weiteren Aussteifung des Längsträgers 3 ist beim Ausführungsbeispiel in die dem Versteifungselement 4 gegenüberliegende Öffnung des Profilquerschnitts P ein Zusatzblech 16 eingeschweißt.
Wie 1 weiter erkennen lässt, bildet die Unterseite des Untergurts 3b eine Auflagefläche 14, die zur Fahrzeuginnenseite hin durch den horizontalen Abschnitt 4b der Breite B₁ des Versteifungselements 4 verlängert wird, wodurch sich für das Fahrwerk 2 eine großflächige Anbindung an den Längsträger 3 ergibt.
Das Fahrwerk 2 befindet sich unterhalb der die Ebene E definierenden Anlagefläche 14. Es besteht beim Ausführungsbeispiel aus einem sich quer zur Fahrtrichtung F erstreckenden C-Träger 8, einer oberhalb des C-Trägers 8 angeordneten Stütze 7 sowie einer am oberen Ende der Stütze 7 sich parallel zur Anlagefläche 14 erstreckenden und fest mit der Stütze 7 verbundenen Anschlussplatte 6. Sowohl die Anschlussplatte 6 wie auch der Untergurt 3b des Längsträgers 3 sind mit zueinander korrespondierend angeordneten Bohrungen 10 versehen, die zur Verschraubung des Chassis 1 mit dem Fahrwerk 2 von Schrauben durchsetzt werden. Auch der horizontale Abschnitt 4b des Versteifungselements 4 ist mit einer Bohrung 13 versehen, die ihre Fortsetzung in der dazu fluchtenden Bohrung der Anschlussplatte 6 findet.
Der Aufbau des Fahrwerks 2 lässt sich am besten der 2 entnehmen. Gut erkennen lassen sich die an den Oberseiten der Stützen 7 angeordneten Anschlussplatten 6 sowie die in den Anschlussplatten 6 vorgesehenen Bohrlöcher 10 zur Anbindung an das Chassis 1. Eine Ausnehmung 11 der Anschlussplatte 6 dient der Gewichtsreduzierung. Beim Ausführungsbeispiel sind die Federbolzen- bzw. Längslenkeraufnahmen 9 der Federung der rechten bzw. linken Fahrzeugseite über einen C-Träger 8 miteinander verbunden. Die Verbindung mittels eines C-Trägers ist nicht zwingend erforderlich. Auch ist es denkbar, z.B. eine schräg aus dem Bereich der Federbolzen- bzw. Längslenkeraufnahme 9 verlaufende Abstrebung mit beispielsweise dem Querträger 5 des Chassis 1 zu verschrauben, um auf diese Weise Querkräfte aufnehmen zu können. Darüber hinaus lässt 2 eine an der Stütze 7 ausgebildete Dämpferaufnahme 12 für die Anlenkung eines Stoßdämpfers erkennen.
Wie wiederum 1 dies veranschaulicht, weist der Horizontalabschnitt 4b des Versteifungselements 4 in Anpassung an die von diesem zu übertragenden Kräfte eine Materialstärke M_V auf, die geringer ist als die Materialstärke M_L des Längsträgers 3.

1: Chassis
2: Fahrwerk
3: Längsträger
3a: Obergurt
3b: Untergurt
3c: Verbindungssteg
4: Versteifungselement
4a: Vertikalabschnitt
4b: Horizontalabschnitt
4c: Verbindungsabschnitt
5: Querträger
6: Anschlussplatte
7: Stütze
8: C-Träger
9: Federbolzenaufnahme, Längslenkeraufnahme
10: Anschlussbohrungen
11: Ausnehmung
12: Dämpferaufnahme
13: Bohrung
14: Anlagefläche
15: Aussparung
16: Zusatzblech
17: Schweißnaht
P: Profilquerschnitt
E: Ebene
M_V: Materialstärke des Versteifungselements
M_L: Materialstärke des Längsträgers
B: Breite des Versteifungselements
B₁: Breite des Horizontalabschnitts
B₂: Breite der Aussparung

Claims

Fahrzeugchassis mit zwei sich in Fahrtrichtung (F) erstreckenden, einen zur Seite hin offenen Profilquerschnitt (P) aufweisenden Längsträgern (3), deren Unterseiten bereichsweise Anlageflächen (14) zur Anbindung eines Fahrwerks (2) bilden, wobei im Bereich der Anlageflächen (14) ein Versteifungselement (4) in die seitliche Öffnung des Profilquerschnitts (P) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (4) die Anlagefläche (14) quer zur Fahrtrichtung (F) erweitert.
Chassis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten des Profilquerschnitts (P) und des Versteifungselements (4) nach unten hin bündig in der gemeinsamen Anlagefläche (14) abschließen.
Chassis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (14) mit Mitteln (10, 13) zur lösbaren Befestigung des Fahrwerks (2) versehen ist.
Chassis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10, 13) zur lösbaren Befestigung des Fahrwerks (2) sowohl am Längsträger (3) als auch am Versteifungselement (4) vorgesehen sind.
Chassis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (4) einen vertikalen Abschnitt (4a) aufweist, der in die Öffnung des Profilquerschnitts (P) eingreift, und einen horizontalen Abschnitt (4b), der die Anlagefläche (14) quer zur Fahrtrichtung (F) erweitert.
Chassis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vertikaler Abschnitt (4a) und horizontaler Abschnitt (4b) über einen zu beiden in etwa rechtwinklig verlaufenden Verbindungsabschnitt (4c) miteinander verbunden sind.
Chassis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (4c) eine angeformte oder eingeschweißte Rippe oder eine versteifende Sicke ist.
Chassis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (4) ein einstückiges Umformteil ist.
Chassis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (4) zweistückig ist.
Chassis nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialstärke (M_V) des Versteifungselements (4) geringer ist als die Materialstärke (M_L) des Längsträgers (3).
Chassis nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Profilquerschnitt (P) nach Art eines Doppel-T-Trägers aus einem Obergurt (3a), einem Untergurt (3b) und einem Verbindungssteg (3c) besteht.
Chassis nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalabschnitt (4a) des Versteifungselements (4) zumindest bereichsweise mit dem Obergurt (3a), dem Untergurt (3b) und dem Verbindungssteg (3c) durch Schweißen verbunden ist.