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Die
Erfindung betrifft einen Schlussquerträger für ein Nutzfahrzeug mit einem
zwei Längsträger aufweisenden
Fahrzeugrahmen, wobei der Schlussquerträger als im wesentlichen U-förmig ausgebildetes
Profilteil mit einem Mittelsteg, an dem ein Verstärkungselement
befestigt ist, sowie mit wenigstens einer oberen und einer unteren
Flanschleiste, die jeweils an gegenüberliegenden Längskanten
des Mittelstegs anschließen,
ausgeführt
ist und wobei der Mittelsteg und das Verstärkungselement über eine Aufnahmestruktur
verfügen,
an der eine Anhängekupplung
mittelbar oder unmittelbar befestigbar ist.
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Derartige
Schlussquerträger
sind aus dem Stand der Technik bekannt. So weisen Rahmen für Nutzfahrzeuge
im Allgemeinen zwei in Fahrtrichtung verlaufende Längsträger auf,
wobei die Längsträger endseitig
mit einem quer zur Fahrtrichtung angeordneten Schlussquerträger abschließen. Der
Schlussquerträger
bietet dabei eine Montagemöglichkeit
für Anhängerkupplungen,
um an diese über
eine Deichsel Anhänger
mit dem Nutzfahrzeug zu verbinden. Somit erfolgt die Verbindung
von Zug- und Anhängefahrzeug über den
Schlussquerträger,
womit sich dieser im Kraftfluss zwischen dem Zug- und Anhängefahrzeug
befindet.
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Dieser
Kraftfluss stellt hohe Anforderungen an die mechanische Festigkeit
des Schlussquerträgers,
wobei neben der erforderlichen Festigkeit des Schlussquerträgers selbst,
insbesondere an die Auslegung der Befestigung des Anhängekupplung
sowie der seitlichen Verbindung zu den Längsträgern des Fahrzeugrahmens hohe
Anforderungen an die Übertragung
der Kräfte
gestellt werden.
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Anhänger mit
nur einer Achse bzw. mit einer Doppelachse weisen i.d.R. eine Starrdeichsel
auf, die zur horizontalen Kraftkomponente in Fahrtrichtung zusätzlich eine
Vertikalkomponente auf die Anhängerkupplung
ausübt.
Im Fahrbetrieb verläuft
dabei die resultierende Wirkungslinie der Verbindungskraft, welche
von der Deichsel über
die Anhängerkupplung
in den Schlussquerträger
eingeleitet wird, im Wesentlichen unter einem Winkel von 0 bis 90°. Da neben
der Zugbelastung in diesem Fall auch eine nicht unerhebliche vertikale
Last auf die Anhängerkupplung
sowie ihre Befestigung am Zugfahrzeug wirkt, muss diese Kraftkomponente
bei der Konstruktion sowie Dimensionierung der Befestigung der Anhängerkupplung
am Schlussquerträger
berücksichtigt
werden.
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Zur
Befestigung einer Anhängerkupplung
am Schlussquerträger
eines Nutzfahrzeugs sind Verstärkungselemente
vorgesehen, die innerhalb des Schlussquerträgers befestigt werden. Diese
Verstärkungselemente
sind üblicherweise
plattenförmig
ausgebildet und werden mit Hilfe von Verbindungselementen am Mittelsteg
des Schlussquerträgers
befestigt. Die Verbindungselemente nehmen hierbei vor allem die über die
Anhängerkupplung
in den Schlussquerträger
eingeleiteten Zug- und Druckkräfte
auf.
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Aufgrund
der zurzeit stattfindenden Diskussion über die Erhöhung des zulässigen Gesamtgewichts
von Nutzfahrzeugen in Europa ist damit zu rechnen, dass sich die
zu berücksichtigenden
Anhängelasten
im Schwerlastverkehr in den nächsten Jahren
weiter erhöhen
werden. Eine erhöhte
Anhängelast,
insbesondere bei Anhängern
mit Starrdeichsel führt
aber dazu, dass auch die Befestigungspunkte am Schlussquerträger stärker beansprucht
werden. Daher sind geeignete Maßnahmen
zu treffen, dass die Anhängelasten
auf geeignete Weise in den Schlussquerträger eingeleitet werden.
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Ausgehend
von der zuvor erläuterten
Problemstellung liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen
Schlussquerträger
mit einer Aufnahme für
eine Anhängekupplung
derart weiterzubilden, dass unter Einsatz verhältnismäßig einfacher konstruktiver
Mittel auch erhöhte
Anhängelasten
in geeigneter Weise in den Schlussquerträger eingeleitet werden können. Zusätzlich soll
eine einfache und kostengünstige
Fertigung sowie Montage eines Schlussquerträgers sichergestellt sein. Hierbei
ist auch zu berücksichtigen,
dass die verwendeten Komponenten bzw. Fahrzeugteile einfach mit
Oberflächenschichten,
wie etwa einer Korrosionsschutz- und/oder Decklackschicht, zu versehen
sein sollen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Schlussquerträger
für ein
Nutzfahrzeug mit einem zwei Längsträger aufweisenden
Fahrzeugrahmen gelöst,
der als im wesentlichen U-förmig
ausgebildetes Profilteil mit einem Mittelsteg, an dem ein Verstärkungselement
befestigt ist, sowie mit wenigstens einer oberen und einer unteren
Flanschleiste, die jeweils an gegenüberliegenden Längskanten
des Mittelstegs anschließen,
ausgeführt
ist, wobei der Mittelsteg und das Verstärkungselement über eine Aufnahmestruktur
verfügen,
an der eine Anhängekupplung
mittelbar oder unmittelbar befestigbar ist, und der sich dadurch
auszeichnet, dass das Verbindungselement wenigstens einen ersten,
vertikalen Schenkel sowie einen zweiten, horizontalen Schenkel aufweist,
die zumindest annähernd
senkrecht zueinander angeordnet sind, und von denen der vertikale
Schenkel an dem Mittelsteg und der horizontale Schenkel an der unteren
Flanschleiste befestigt ist.
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Hierdurch
wird ein verbesserter Schlussquerträger geschaffen, der die Nachteile
des bekannten Standes der Technik vermeidet, insbesondere einfach
zu montieren ist und gleichzeitig durch einen optimierten Kraftfluss
hohe Vertikallasten aufnehmen kann. Vor allem aufgrund des Vorsehens
von Befestigungspunkten in zwei Ebenen, die senkrecht zueinander
angeordnet sind, können
Anhängelasten,
die verhältnismäßig hohe
Vertikalkraftkomponenten aufweisen, in geeigneter Weise in den Schlussquerträger eingeleitet
werden.
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Besonders
vorteilhaft an der vorbeschriebenen technischen Lösung ist
weiterhin, dass verhältnismäßig einfache
Toleranzgrenzen bei der Fertigung der Komponenten zu berücksichtigen
sind, so dass der Schlussquerträger
und das Verstärkungselement
an unterschiedlichen Fertigungsorten hergestellt und später kombiniert
werden können.
Darüber hinaus
bietet sich der Vorteil, vor allem sobald der Schlussquerträger und
das Verstärkungselement nicht
durch eine Schweißverbindung
verbunden werden, dass diese beiden Komponenten vor der Montage
getrennt mit einem Korrosionsschutz und/oder einer Decklackschicht
versehen werden können.
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In
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung ist der horizontale Schenkel des Verbindungselements
an zwei Befestigungspunkten am Mittelsteg befestigt. Vorzugsweise
erfolgt die Befestigung mit Hilfe von Schraub oder Nietverbindungen.
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Eine
weitere spezielle Ausführungsform sieht
vor, dass der vertikale Schenkel des Verbindungselements an zwei
Befestigungspunkten an der unteren Flanschleiste befestigt ist.
Auch in diesem Fall ist es denkbar, für die Befestigung Schraub- und/oder
Nietverbindungen vorzusehen.
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Vorzugsweise
sind die Befestigungspunkte sowohl im Mittelsteg als auch in der
unteren Flanschleiste jeweils in Längsrichtung des Mittelstegs symmetrisch
zu einer vertikal verlaufenden Mittellinie der Aufnahmestruktur
angeordnet.
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Werden
die beiden vorgenannten Ausführungsformen
kombiniert, so dass das Verstärkungselement
an zwei Befestigungspunkten am Mittelsteg und an zwei Befestigungspunkten
an der unteren Flanschleiste befestigt wird, so wird ein Schlussquerträger mit
Verstärkungselement
realisiert, der sehr schnell zu fertigen bzw. zu montieren ist,
da lediglich vier Befestigungen zwischen Verstärkungselement und Schlussquerträger hergestellt
werden, und gleichzeitig eine geeignete Krafteinleitung in den Schlussquerträger sicherstellt.
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In
diesem Zusammenhang weist die Aufnahmestruktur an dem Mittelsteg
des Schlussquerträgers
sowie dem Verstärkungselement
vorzugsweise vier Bohrungen auf, an denen die Anhängerkupplung mittels
einer Niet und/oder Schraubverbindung befestigbar ist. Auch hierbei
ist es günstig,
wenn die Befestigungspunkte für
die Anhängerkupplung
symmetrisch zu einer gedachten, vertikalen Mittellinie der Aufnahmestruktur
angeordnet werden.
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Diese
Lösung
bietet den Vorteil, dass über die
Anordnung der Bohrungen in zwei zumindest annähernd senkrecht zueinander
angeordneten Ebenen eine Übertragung
sehr hoher Kräfte
und Momente möglich
ist.
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Eine
weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme sieht vor, dass die
Höhe des
Schlussquerträgers
einen Einbau in das Profil des Längsträgers ermöglicht,
sodass der Schlussquerträger
in Längsrichtung
innerhalb des Längsträgers beweglich ist.
Die Längsträger umschließen dabei
seitlich den Schlussquerträger.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Schlussquerträger aus
kalt stauchbarem QStE 500 bzw. DIN GN-10149 S 500 ML hergestellt,
welcher eine gewünscht
hohe Festigkeit aufweist. Die Materialstärke beträgt dabei üblicherweise 4 mm bis 12 mm,
vorzugsweise 6 mm bis 10 mm. Hierdurch lässt sich der Zuschnitt noch
optimal stanzen und biegen und weist die gewünschte Festigkeit auf.
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Nachfolgend
wird eine vorteilhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zusammen mit der Beschreibung der Figuren
näher dargestellt.
Es zeigen:
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1a Seitenansicht
eines Schlussquerträgers,
der an einem Rahmen eines Nutzfahrzeugs montiert ist;
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1b Draufsicht
auf einen Schlussquerträger,
der an einem Rahmen eines Nutzfahrzeugs montiert ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht des Schlussquerträgers aus 1;
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3a,
b eine Rückansicht
und eine Seitenansicht des Schlussquerträgers;
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4a,
b, c die Einbaulage des Schlussquerträgers in den Längsträgern des
Rahmens in der Rückansicht
und in zwei verschiedenen Positionen zwischen den Längsträgern;
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5 den
Zuschnitt des Blechmaterials des Schlussquerträgers vor der Umformung;
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6 Darstellung eines Schlussquerträgers mit
Verstärkung.
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Bei
den Figuren handelt es sich lediglich um beispielhafte schematische
Darstellungen. Die im folgenden Text verwendeten Richtungsangaben
beziehen sich auf die Fahrzeugfahrtrichtung „A".
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1a zeigt
eine Seitenansicht einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schlussquerträgers 2.
In dieser Figur ist die diagonale Krafteinleitung durch eine Starrdeichsel
mit dem Pfeil F angedeutet. 1b zeigt
eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines Endbereiches des Rahmens 1 eines
Nutzfahrzeugs, in der zwei parallel verlaufende Längsträger 3 gezeigt
sind. Die Längsträger 3 sind U-förmige längs in Fahrtrichtung „A" bparallel und zueinander
beabstandet verlaufende Profile, wobei die Öffnungen der U-förmigen Längsträger 3 aufeinander
zu gerichtet sind.
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Zwischen
den Längsträgern 3 ist
ein Schlussquerträger 2 angeordnet,
welcher die Längsträger 3 endseitig
miteinander verbindet. Dadurch, dass der Schlussquerträger 2 quasi
wie eine Schublade in entsprechende durch die Längsquerträger 3 gebildete Schienen
eingeschoben wird, ist er leicht montierbar und demontierbar. Der
Schlussquerträger 2 ist
im Wesentlichen U-förmig
ausgebildet und ist seitlich mit den Längsträgern 3 verschraubt,
wobei die Verschraubung nicht dargestellt ist. Bevorzugt mittig
im Schlussquerträger 2 ist
eine Anhängerkupplung 16 montiert,
welche mit ihrer Zugstange 23 durch den Schlussquerträger 2 hindurchragt.
Die Anhängerkupplung 16 ist über ihren
Flansch mit dem Schlussquerträger 2 mit
vier Verschraubungen 22 befestigt, wobei der Schlussquerträger 2 auf
der Innenprofilseite durch ein Verstärkungselement 21 verstärkt ist. Das
Verstärkungselement 21 ist
hierbei als einstückiges
U-Profil ausgeführt,
das einen planparallel zum Mittelsteg 4 angeordneten vertikalen
Schenkel und einen planparall zur unteren Flanschleiste 6 angeordneten
horizontalen Schenkel aufweist. Der vertikale Schenkel ist hierbei über zwei
Niet- oder Schraubverbindungen mit dem Mittelsteg 4 und
der horizontale Schenkel über
zwei Niet- oder Schraubverbindungen mit der unteren Flanschleiste 6 verbunden.
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Wie
in 6 besser zu erkennen ist, befinden
sich die Befestigungspunkte der Nietverbindung zwischen Verstärkungselement
und unterer Flanschleiste in einer Ebene mit den Verschraubungen der
Anhängerkupplung.
Insgesamt ist das als Versteifungsplatte ausgeführte Verstärkungselement 21 mit
dem Schlussquerträger 2 mit
vier Nieten oder Schrauben 24 verbunden.
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In 2 ist
der Schlussquerträger 2 perspektivisch
dargestellt. Der U-förmige
Längsquerschnitt
des Schlussquerträgers 2 wird
im wesentlichen aus einem Mittelsteg 4 und davon parallel
in gleicher Richtung abragende obere und untere Flanschleisten 5 und 6 gebildet.
Der Schlussquerträger 2 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist als Stanz- und Biegeteil aus QStE 500 bzw. DIN GN-10149 S 500
ML hergestellt und weist eine Wandstärke von 9,5 mm auf.
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Die
beiden U-Schenkel des Schlussquerträgers 2, d.h. die obere
Flanschleiste 5 und die untere Flanschleiste 6,
weisen an ihren offenen Enden Ausnehmungen 18 auf, welche
in einer geschwungenen Kontur die Breite der Flanschleisten 5 und 6 über der Breite
des Schlussquerträgers 2 veränderlich
reduzieren. Die veränderliche
Breite der oberen und unteren Flanschleiste 5 und 6 steigt
dabei in der Mitte und in den Endbereichen des Schlussquerträgers 2 an, die
seitlich in eine obere und untere horizontale Befestigungsfahne 7 und 8 übergeht.
Die Befestigungsfahnen sind an der oberen Flanschleiste 5 und
an der unteren Flanschleiste 6 jeweils endseitig vorhanden, sodass
vier horizontal verlaufende Befestigungsfahnen die Flanschleisten 5 und 6 in
Längsrichtung
des Schlussquerträgers 2 abschließen.
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Weiterhin
sind ebenfalls am Mittelsteg 4 endseitig vertikale Befestigungsfahnen 9 angeformt,
womit an jeweils einem Ende des Schlussquerträgers 2 drei Befestigungsfahnen 7, 8 und 9 vorhanden
sind, welche in einer Ebene den Schlussquerträger 2 seitlich abschließen. In
den oberen und unteren Befestigungsfahnen 7 und 8 sind
jeweils vier Bohrungen 13 angeordnet, wobei die vertikalen
Befestigungsfahnen 9 jeweils zwei Bohrungen 10 aufweisen.
Die Bohrungen 10 und 13 nehmen Nieten oder Schrauben
auf, um den Schlussquerträger 2 mit
den Längsträgern 3 zu
verbinden.
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Die
Schraubenlöcher 13 sind
auf den oberen und unteren Befestigungsebenen 11 und 12 jeweils auf
einer Geraden angeordnet, wobei die obere und untere Schraubenöffnung 10 in
der vertikalen Befestigungsfahne 9 ebenfalls in den von
den Schraubenlöchern 13 gebildeten
Befestigungsebenen 11 und 12 liegen, so dass die
gesamten Verschraubungen des Schlussquerträgers 2 an den Längsträgern 3 in
einer oberen und einer unteren Befestigungsebene 11 und 12 angeordnet
sind. Die Verschraubungen des Schlussquerträgers 2 können daher
jeweils auf einer Geraden angeordnet werden und je eine Verschraubungsreihe
bilden. Hierdurch wird eine verbesserte Krafteinleitung und damit
ein optimierter Kraftfluss von der Anhängerkupplung in den Fahrzeugrahmen sichergestellt.
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Mittig
in der U-Basis, d.h. im Mittelsteg 4, weist der Schlussquerträger 2 eine
Durchgangsöffnung 15 auf,
durch die die Anhängerkupplung 16 mit ihrer
Zugstange 23 hindurchgeht (nicht dargestellt), wobei weitere
Löcher
für Befestigungsflansche
und andere Hilfsmittel im Mittelsteg 4 angebracht sind.
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In 3a und 3b ist
der Schlussquerträger
in weiteren Ansichten dargestellt, wobei die 3a eine
Rückansicht
und 3b eine Seitenansicht zeigt. In der Rückansicht
ist das Lochbild der um die Aufnahmeöffnung 15 im Mittelsteg 4 zur
Aufnahme der Anhängerkupplung 16 erkennbar.
In den Eckbereichen weist der Schlussquerträger 2 Aussparungen 19 auf,
wodurch diese freigeschnitten sind. In 3b sind
in der Seitenansicht des Schlussquerträgers 2 die obere und
untere Befestigungsebene 11 und 12 erkennbar,
wobei sich der konstante Lochabstand 14 zwischen den Bohrungen 13 seitlich
zur Bohrung 10 jeweils fortsetzt, so dass alle Bohrungen (13, 10)
innerhalb einer Befestigungsebene 11 und 12 gleich
beabstandet angeordnet sind. Zwischen den Bohrungen 10,
können
weitere nicht dargestellte Bohrungen vorgesehen sein. Die vertikalen
Befestigungsfahnen 9 erstrecken sich im Wesentlichen über die
gesamte Breite des Mittelsteges 4, und umschließen die
Bohrungen 10 endseitig mit einer hinreichenden Materialbreite.
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In
den 4a, 4b und 4c ist
der Einbau des Schlussquerträgers 2 zwischen
den parallel verlaufenden Längsträgern 3 gezeigt. 4a verdeutlicht,
dass der Schlussquerträger 2 durch
die U-förmig
nach innen ausgerichteten Ober- und Untergurte der Längsträger 3 endseitig
eingefasst ist. Die 4b und 4c geben
verschiedene Einbaupositionen des Schlussquerträgers wieder. In 4b ist
der Schlussquerträger 2 endseitig
in den Längsträgern 3 des
Rahmens 1 montiert, wohingegen die 4c einen
Einbau des Schlussquerträgers 2 in Fahrtrichtung „A" versetzt wiedergibt.
Diese variable Einbaumöglichkeit
ergibt sich insbesondere durch die in jeweiligen Befestigungsebenen 11 und 12 auf je
einer Geraden angeordneten und gleichförmig beabstandeten Schraubenlöcher 10 und 13.
Da die Längsträger ebenfalls
mit dem gleichen Lochabstand 14 angeordnete Löcher in
einer oberen und einer unteren Befestigungsebene aufweisen, kann
der Schlussquerträger
beliebig innerhalb der Längsträger 3 versetzt
werden.
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5 zeigt
einen Zuschnitt des Blechmaterials des Schlussquerträgers 2,
wobei in den oberen und unteren Flanschleisten 5 und 6 gestanzte
Aufnahmebohrungen 17 angeordnet sind, die entsprechend
der Notwendigkeit der Montage von Hilfseinrichtungen Möglichkeiten
ihrer Verschraubung bieten. Seitlich zeigt der Blechzuschnitt zwischen
den horizontalen Befestigungsfahnen 7, 8 und den
vertikalen Befestigungsfahnen 9 tropfenförmige Aussparungen 19,
welche die gewünschte
Blechumformung ermöglichen.
Hierdurch können
die Schraubenöffnungen 10 in
eine Befestigungsebene mit den Schraubenöffnungen 13 gebracht
werden. Außerdem
wird hierdurch ein verwindungsweicher Schlussquerträger 2 geschaffen,
der Spannungsspitzen im Rahmen vermeidet. Zudem ist die genaue Form
der Ausnehmungen 18 erkennbar, welche die obere und untere
Flanschleiste 5 und 6 konturieren. Die dünn dargestellten
Linien im Blechzuschnitt geben die späteren Biegelinien der Umformung
wieder.
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Wie
bereits eingangs erwähnt,
zeigt 6 nochmals den Schlussquerträger 2 mit
dem Verstärkungselement 21.
Hierbei ist in 6a eine perspektivische Ansicht
dargestellt, während 6b eine Frontansicht
entgegen der Fahrtrichtung „A" zeigt. Das Verstärkungselement 21 ist
mittels vier Nieten oder Schrauben 24 mit dem Schlussquerträger 2 verbunden.
Hiervon sind zwei Niet- oder Schraubverbindungen vorgesehen, um
den vertikalen Schenkel 25 des Verstärkungselements 21 mit
dem Mittelsteg 4 des Schlussquerträgers zu verbinden, während der horizontale
Schenkel 26 mit zwei Nieten an der unteren Flanschleiste 6 befestigt
ist. Die Nietverbindungen 24 sind jeweils symmetrisch zu
einer gedachten Mittellinie 28, die durch die Aufnahmestruktur 27 verläuft angeordnet.
Darüber
hinaus verfügt
das Verstärkungselement 21 über Bohrungen 29,
die sich im Mittelsteg 4 des Schlussquerträgers 2 fortsetzen,
in denen die Anhängerkupplung
befestigbar ist. Die Bohrungen 29 für die Verschraubung der Anhängerkupplung
befinden sich jeweils in einer Ebene mit den Nietverbindungen zwischen
unterer Flanschleiste 6 und horizontalem Schenkel 26 des
Verstärkungselements 21.
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Die
Erfindung beschränkt
sich in ihrer Ausführung
nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel.
Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch
bei grundsätzlich
anders gearteten Ausführungen
Gebrauch macht.
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- 1
- Rahmen
- 2
- Schlussquerträger
- 3
- Längsträger
- 4
- Mittelsteg
- 5
- obere
Flanschleiste
- 6
- untere
Flanschleiste
- 7
- obere
horizontale Befestigungsfahne
- 8
- untere
horizontale Befestigungsfahne
- 9
- vertikale
Befestigungsfahne
- 10
- Bohrung
- 11
- obere
Befestigungsebene
- 12
- untere
Befestigungsebene
- 13
- Bohrung
- 14
- Lochabstand
- 15
- Aufnahmeöffnung
- 16
- Anhängerkupplung
- 17
- Aufnahmeöffnung
- 18
- Ausnehmungen
- 19
- Aussparungen
- 20
- Vertikalsteg
- 21
- Verstärkungselement
- 22
- Verschraubung
- 23
- Zugstange
- 24
- Niet
- 25
- vertikaler
Schenkel des Verstärkungselements
- 26
- horizontaler
Schenkel des Verstärkungselements
- 27
- Aufnahmestruktur
- 28
- Mittellinie
durch die Aufnahmestruktur
- 29
- Bohrungen
für Verschraubung
der Anhängerkupplung