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Die
Erfindung betrifft einen als Fahrschemel ausgebildeten Hilfsrahmen
für Kraftfahrzeuge
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Als
Fahrschemel ausgebildete Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge, die auch
als Achsträger
bezeichnet werden, sind allgemein bekannt und werden regelmäßig mit
der Karosserie über
entsprechende Anbindungsstellen verschraubt. Derartige Hilfsrahmen können sowohl
im Bereich der Vorderachsen als auch im Bereich der Hinterachsen
Verwendung finden.
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Aus
der gattungsbildenden
EP
09 41 912 B1 ist ein als Fahrschemel ausgebildeter Hilfsrahmen
für Kraftfahrzeuge
mit zwei einander seitlich gegenüberliegenden
Hilfsrahmen-Längsträgern bekannt,
zwischen denen ein flächiges
Versteifungselement angeordnet ist. Konkret bildet der Hilfsrahmen
hier einen Vorderachsträger
aus und weist der Hilfsrahmen an jedem Längsträger einen Lagerbock zur Aufnahme
eines Lenkers des Fahrzeug-Fahrwerks auf. Das flächige Versteifungselement ist
durch ein flächiges Aluminiumblech
mit einer Wandstärke
von circa 3 bis 4 Millimetern gebildet und weist eine im Wesentlichen viereckige
Geometrie auf, so dass das flächige
Versteifungselement in Fahrtrichtung betrachtet jeweils an beiden
seitlichen Hilfsrahmen-Längsträgern mit
je einer Schraubverbindung vor und hinter den Lagerböcken lösbar mit
den beiden Längsträgern verbunden
ist. Das Versteifungselement kann in seinem flächigen Bereich ferner Versteifungssicken
aufweisen und mit einem akustisch dämmenden Material versehen sein.
Mit einem derartigen viereckigen, flächigen Aluminiumblech als Versteifungselement
soll ein sogenanntes Schubfeld erzeugt werden, mittels dem eine
beispielsweise aufprallbedingte Kraft, die in einen der Längsträger eingeleitet
wird, auf den gegenüberliegenden
Längsträger übertragen
werden kann. Wesentlich für
diese Kraftübertragung
auf den gegenüberliegenden
Längsträger soll
hierbei die Anbindung des Versteifungselementes an beiden gegenüber liegenden
Hilfsrahmen-Längsträgern jeweils
vor und hinter den Lagerböcken
sein.
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Ein ähnlicher
Aufbau mit einem flächigen Versteifungsblech
als Hilfsrahmenkonstruktion ist auch aus der
JP 06 115 457 bekannt, die ferner
diagonal verlaufende Sicken aufweist, die integral mit dem Versteifungsblech
ausgebildet sind und sich jeweils zwischen auf gegenüberliegenden
Seiten angeordneten Karosserieanbindungspunkten des Versteifungsbleches
erstrecken. Diese Hilfsrahmenkonstruktion weist keine seitlich gegenüberliegenden Hilfsrahmen-Längsträger auf, so dass eine hohen Anforderungen
genügende
Gesamtsteifigkeit einer Karosserie mit einer derartigen Hilfskonstruktion nicht
erreicht werden kann. Ein vom Prinzip her ähnliches flächiges Versteifungselement
ist auch aus der
EP
0 891 915 B1 bekannt.
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Weiter
ist aus der
DE 39 42
794 C2 ein Aufbau bekannt, bei dem zwei Längsträger eines
selbsttragenden Vorderwagens zur Versteifung dieser beiden Längsträger bei
Seitenaufprallkräften,
die auf die beiden Längsträger einwirken,
mittels zweier kreuzförmig
angeordneter Streben verstrebt ist. Diese beiden Streben bilden
hier den Hilfsrahmen als solchen aus, was jedoch regelmäßig zu keiner
ausreichenden Gesamtsteifigkeit der Karosserie führt. Ein ähnlicher Aufbau ist auch aus
der JP 08-142910 bekannt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, einen als Fahrschemel ausgebildeten
Hilfsrahmen für
Kraftfahrzeuge zu schaffen, mit dem eine noch bessere Versteifung
des Hilfsrahmens und damit der Karosserie insgesamt möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst
mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Gemäß Anspruch
1 ist das Versteifungselement für
einen als Fahrschemel ausgebildeten Hilfsrahmen für Kraftfahrzeuge
durch ein vierarmiges Strebenkreuz gebildet, das mit in Fahrzeuglängsrichtung
betrachtet vorderen Strebenenden auf gegenüberliegenden Seiten an vorderen
Anbindungspunkten des jeweils zugeordneten seitlichen Hilfsrahmen-Längsträgers angebunden
ist und das mit in Fahrzeuglängsrichtung
betrachtet hinteren Strebenenden an hinteren Anbindungspunkten des
jeweils zugeordneten seitlichen Hilfsrahmen-Längsträgers angebunden
sind, wobei die beiden Anbindungspunkte an jedem der Hilfsrahmen-Längsträger voneinander
beabstandet ist.
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Mit
einem derartig versteiften Hilfsrahmen lässt sich eine insgesamt hervorragende
Versteifung der Fahrzeugkarosserie erzielen, die höchsten Anforderungen
an eine Energieabsorption in Verbindung mit aufprallbedingten Krafteinleitungen
ermöglicht. Mit
der erfindungsgemäßen Konstruktion
eines Hilfsrahmens kann somit das Crashverhalten eines Kraftfahrzeugs,
z. B. in einem Vorderwagenbereich, günstig und positiv beeinflusst
werden.
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Besonders
vorteilhafte Energieabsorptionsergebnisse lassen sich dann erzielen,
wenn gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung das Strebenkreuz im Bereich
zwischen einer Hilfsrahmen-Lenkerkonsole und einem dieser gegenüber in Fahrzeuglängsrichtung
betrachtet hinteren Längsträger-Karosserieanbindungspunkt
der beiden Hilfsrahmen-Längsträger aufgespannt
und angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist hierbei das Strebenkreuz mit
den in Fahrzeuglängsrichtung
betrachtet vorderen Kreuzarmenden jeweils auf Höhe der Lenkerkonsolen oder
unmittelbar dahinter angebunden bzw. ist das Stre benkreuz mit den
in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet
hinteren Kreuzarmenden jeweils im Bereich der hinteren Karosserieanbindungspunkte
angebunden. Dadurch wird ein optimales Schubfeld an einer Unterseite
des Hilfsrahmens zur Verfügung
gestellt, bei dem Kräfte
vorteilhaft von dem einen Kraftflussknotenpunkt darstellenden Lenkerkonsolenbereich
eines Hilfsrahmens-Längsträgers auf
den gegenüberliegenden
Hilfsrahmen-Längsträger, und
dort insbesondere in den hinteren Karosserieanbindungspunkt als
Kraftknotenpunkt hinein übergeleitet
werden kann, wodurch eine solche Kraftflussoptimierung und damit
Versteifung der Karosserie erzielt wird, die auch bei sehr hohen
angreifenden Kräften
keine unerwünschte
Verformung, insbesondere Parallelogrammverformung der Längsträger eines
z. B. Vorderwagens bewirkt.
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Gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die Anbindungspunkte
an den beiden Hilfsrahmen-Längsträgern durch
hilfsrahmenseitige Befestigungskonsolen gebildet, an denen das Strebenkreuz
schnell und einfach festgelegt werden kann. Besonders bevorzugt
ist hierbei eine lösbare Festlegung,
z. B. mittels einer einfachen und funktionssicheren Schraubverbindung.
Derartige hilfsrahmenseitige Befestigungskonsolen können einfach und
gut zugänglich
angeordnet werden, wobei durch die lösbare Festlegung des Strebenkreuzes
sichergestellt ist, dass die darüber
liegenden Aggregate bei einer schnellen und einfachen Beseitigung
des Strebenkreuzes z. B. im Rahmen von Reparaturarbeiten schnell
und einfach zugänglich
sind.
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Vorteilhaft
sind die Befestigungskonsolen so ausgebildet, dass das Strebenkreuz
in Fahrzeughochachsenrichtung betrachtet von unten her an den Befestigungskonsolen
festgelegt werden kann. Eine derartige Festlegung von unten ist
insbesondere für eine
einfache und gute Zugänglichkeit
im Rahmen der Montage bzw. auch im Rahmen von Reparaturarbeiten
von Vorteil.
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Um
die Hilfsrahmenkonstruktion optimal an die jeweils vorherrschenden,
konkreten Versteifungsverhältnisse
eines Kraftfahrzeugs anpassen zu können, kann ferner gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass
das Versteifungselement zusätzlich
eine Querstrebe aufweist, die wahlweise, je nach konkreten Bedürfnissen,
entweder zwischen den beiden vorderen oder den beiden hinteren Anbindungspunkten verläuft. Alternativ
dazu kann auch ein Versteifungselement vorgesehen sein, dass sowohl
eine zwischen den vorderen als auch eine zwischen den hinteren Anbindungspunkten
verlaufende Querstrebe als vordere und hintere Querstrebe vorsieht.
Je nach den konkret gegebenen Anforderungen können damit Hilfsrahmenkonstruktionen
zur Verfügung
gestellt werden, die hinsichtlich des Kraftflusses und damit des
Schubfeldes optimiert sind.
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Die
Anbindung der Querstreben erfolgt ebenfalls vorzugsweise mittels
einer lösbaren
Verbindung, z. B. einer Schraubverbindung. Die Querstreben sind
bevorzugt im Bereich der Anbindungspunkte angebunden, insbesondere
an den Befestigungskonsolen für
die Kreuzarme des Strebenkreuzes, wobei die Querstreben dann bevorzugt
von oben her an den Befestigungskonsolen festgelegt sind, so dass das
Strebenkreuz und die Querstreben die Befestigungskonsole zwischen
sich aufnehmen können, vorzugsweise
in einer flächigen
Anlageverbindung zwischen sich aufnehmen können, und mittels einer einzigen
Schraubverbindung befestigt werden können. Durch eine derartige
Funktionsintegration ergibt sich zudem ein Aufbau mit geringem Bauteileaufwand
und geringem Montageaufwand. Grundsätzlich kann auch anders als
zuvor beschrieben vorgesehen sein, dass das Strebenkreuz in Fahrzeughochachsenrichtung
betrachtet von oben her an den Befestigungskonsolen festgelegt ist,
während
die Querstreben von unten her an diesen festgelegt sind.
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Durch
die Aufnahme der Befestigungskonsole zwischen dem Strebenkreuz einerseits
und den Querstreben andererseits lässt sich eine sehr stabile Anbindung
des Versteifungselementes am Hilfsrahmen erzielen.
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Das
Strebenkreuz kann z. B. durch zwei separate, sich in einem entsprechend
gestaltenden Kreuzungspunkt kreuzende Diagonalstreben gebildet sein,
die dann ggf. im Kreuzungspunkt mittels eines Verbindungselementes
in einer Anlageverbindung aneinander versteift und/oder fixiert
werden können.
Alternativ dazu kann das Strebenkreuz aber auch einstückig mit
vier von einem Kreuzungspunkt als Knotenpunkt ausgehenden, diagonal
unter einem vorgegebenen Winkel wegragenden Kreuzarmen hergestellt
sein.
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Eine
besonders steife Hilfsrahmenkonstruktion ergibt sich dann, wenn
der Hilfsrahmen U-förmig ausgebildet
ist mit einem zwischen zwei gegenüberliegenden Längsträgerendbereichen,
insbesondere Längsträger-Karosserieanbindungspunkten,
verlaufenden Querträger.
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Eine
besonders einfache und vorteilhafte Festlegung des Hilfsrahmens
an den Längsträgern eines
Kraftfahrzeuges kann z. B. über
jeweils an den Längsträgerenden
eines jeden Hilfsrahmen-Längsträgers angeordneten
Längsträger-Karosserieanbindungspunkten
erzielt werden.
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Bevorzugt
wird eine derartige Hilfsrahmenkonstruktion in Verbindung mit einem
Vorderwagen eines Kraftfahrzeuges als Vorderachshilfsrahmen eingesetzt.
Grundsätzlich
ist jedoch auch eine Anwendung in Verbindung mit einem Hinterachshilfsrahmen
möglich.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
im Bereich bzw. auf Höhe
der hinteren Längsträger-Karosserieanbindungspunkte
jeweils eine hintere Lenkerkonsole anzuordnen, so dass sich ge mäß einer
insbesonders hinsichtlich der Kraftflüsse optimierten Ausgestaltung
sowohl die hinteren Befestigungskonsolen für die hinteren Kreuzarme des
Strebenkreuzes als auch ein hinterer Lenkeranbindungspunkt jeweils
im Bereich der hinteren Längsträger-Karosserieanbindungspunkte
angeordnet sind.
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Eine
besonders starre Anbindung eines Hilfsrahmens an die Karosserie
ergibt sich zudem mit einer solchen Ausführungsform der Längsträger-Karosserieanbindungspunkte,
bei der diese rohrschellenartig durch eine Schelle gebildet sind,
die ein karosserieseitiges Gegenelement mittels zweier Schellenbügel umgreift,
die dann mittels einer Halteeinrichtung, vorzugsweise mittels mehrerer
Halteschrauben, in einer das Gegenelement fixierenden Anlageverbindung
am Gegenelement zusammen gehalten werden. Hierdurch ergibt sich
eine besonders vorteilhafte Versteifung des jeweiligen Karosseriebereiches.
Eine derartige Schellenverbindung jedoch auch in Verbindung mit
herkömmlichen
Gummilagern sehr gut verwendet werden. Bevorzugt ist hierbei eine
Ausgestaltung, bei der die Schellenbügel mittels mehrerer, z. B.
zwei Halteschrauben zusammengehalten werden und zudem ein sogenanntes
Abdrückgewinde
vorgesehen ist. Ein derartiges Abdrückgewinde ist gekennzeichnet
durch eine in einem der beiden Schellenbügel ausgebildete Gewindebohrung,
durch die hindurch eine der Halteschrauben der Schellenbügel ein-
und durchgeschraubt werden kann, so dass sich diese Halteschraube
dann am anderen Schellenbügel
abstützt
und diesen für
ein Öffnen
und eine Freigabe der Schellenverbindung wegdrückt. Eine derartige Schellenverbindung
ist grundsätzlich
für jede
Art von Hilfsrahmen geeignet, so z. B. auch für Hilfsrahmen ohne jegliches
Versteifungselement bzw. für
Hilfsrahmen mit einem flächigen Versteifungselement.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
eine Draufsicht auf einen als Fahrschemel ausgebildeten Hilfsrahmen
ohne Versteifungselement,
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2 eine
schematische, perspektivische Darstellung des Hilfsrahmens gemäß 1 mit
einem vierarmigen Strebenkreuz als Versteifungselement im nicht-montierten
Zustand,
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3 eine
schematische Darstellung entsprechend 1 mit montiertem
Strebenkreuz,
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4 eine
schematische Draufsicht entsprechend 3 mit zusätzlich zum
Strebenkreuz montierter vorderer Querstrebe,
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5 eine
schematische Draufsicht entsprechend 3 mit zusätzlich zum
Strebenkreuz montierter hinterer Querstreben, und
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6 eine
schematische Draufsicht entsprechend 3 mit zusätzlich zum
Strebenkreuz montierter vorderer und hinterer Querstrebe.
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In
der 1 ist schematisch eine Draufsicht auf einen als
Fahrschemel ausgebildeten Hilfsrahmen 1, vorzugsweise einen
Vorderachshilfsrahmen, gezeigt, der in der 2 in einer
schematischen und perspektivischen Darstellung gezeigt ist. Dieser
Hilfsrahmen 1 umfasst in der hier durch den Pfeil 2 bezeichneten
Fahrtrichtung als Fahrzeuglängsrichtung gesehen
zwei einander seitlich gegenüberliegende Hilfsrahmenlängsträger 3, 4,
die jeweils endseitig hier Schellen mit Schellenbügeln a,
b nur in 1 explizit dargestellt ausgebildete
Längsträger-Karosserieanbindungspunkte 5, 6, 7 und 8 aufweisen,
mittels denen der Hilfsrahmen 1 einfach, schnell und funktionssicher
an hier nicht gezeigten Längsträgern einer Fahrzeugkarosserie
befestigt werden kann, z. B. an karosserieseitigen Befestigungspunkten
aus z. B. Aluminium oder an herkömmlichen
Gummilagern.
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Zwischen
den beiden jeweils in Fahrtrichtung 2 gesehen vorderen
Längsträger-Karosserieanbindungspunkten 6 und 8 der
Hilfsrahmen-Längsträger 3 und 4 verläuft hier
ein Hilfsrahmen-Querträger 9,
so dass der Hilfsrahmen 1 insgesamt einen in etwa U-förmigen Aufbau
aufweist.
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Wie
dies aus den 1 und 2 weiter
ersichtlich ist, weist jeder der beiden Hilfsrahmen-Längsträger an seinen
an den dem jeweils anderen Hilfsrahmen-Längsträger 3 bzw. 4 zugewandten
Innenseitenbereich in Fahrtrichtung 2 betrachtet in etwa
auf gleicher Höhe
jeweils mehrere im wesentlichen gleich ausgebildete Befestigungskonsolen
auf, die nachfolgend näher
beschrieben werden:
So befindet sich in Fahrtrichtung 2 gesehen
an jedem der Hilfsrahmen-Längsträger 3 und 4 jeweils
eine vordere Lenkerkonsole 10 sowie in Fahrtrichtung 2 gesehen
unmittelbar dahinter eine vordere Befestigungskonsole 11 sowie
in Fahrtrichtung beabstandet dahinter im Bereich der hinteren Längsträger-Karosserieanbindungspunkte 5 bzw. 7 jeweils
eine hintere Befestigungskonsole 12. An jedem der Hilfsrahmen-Längsträger 3, 4 befindet
sich auf der den hinteren Befestigungskonsolen 12 gegenüberliegenden Seite
ferner noch eine hintere Lenkerkonsole 28, die hier zweiteilig
ausgebildet und lediglich in den 1 und 2 schematisch
und beispielhaft eingezeichnet ist.
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Im
Bereich zwischen dem Hilfsrahmen-Querträger 9 und der Lenkerkonsole 10 kann
ein sich im wesentlichen parallel zum Hilfsrahmen-Querträger erstreckender
Bestandteil einer Lenkeranordnung, die hier allerdings aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
gezeigt ist, angeordnet sein, der im Bereich der Lenkerkonsolen 10 festgelegt
wird.
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An
den vorderen und hinteren Befestigungskonsolen 11, 12 der
beiden Hilfsrahmen-Längsträger 3 und 4 wird
zur Versteifung des Hilfsrahmens 1 ein in der 2 schematisch
und perspektivisch dargestelltes vierarmiges Strebenkreuz 13 von
unten her mittels einer hier nicht dargestellten Schraubverbindung
lösbar
angebunden.
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Dieser
montierte Zustand des Strebenkreuzes 13 ist in der 3 gezeigt,
die eine der 1 entsprechende Draufsicht auf
den Hilfsrahmen 1 zeigt.
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Das
Strebenkreuz 13 weist zwei sich in einem Kreuzungspunkt 14 z.
B. in einer flächigen
Anlageverbindung überkreuzende
Diagonalstreben 15, 16 auf, die vier Kreuzarme 17, 18, 19 und 20 ausbilden,
die mit in ihren Kreuzarmenden ausgebildeten Schraublöchern 21 mit
den entsprechend konsolenseitig ausgebildeten Schraublöchern 22 bzw. 23 der vorderen
und hinteren Befestigungskonsolen 11 und 12 für die Herstellung
einer Schraubverbindung fluchten.
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In
den 3 bis 6 sind die hergestellten Schraubverbindungen
im Bereich der Schraublöcher 21, 22 und 23 lediglich
schematisch und beispielhaft durch die vollflächig ausgemalten Schraubpunkte 25 dargestellt.
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Zur
Ausbildung eines in sich stabilen Strebenkreuzes 13 ist
dieses hier lediglich beispielhaft mittels eines oder mehrerer,
hier nicht im Detail dargestellter Verbindungselemente 24 im
Kreuzungspunkt 14 versteift.
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Wie
dies insbesondere der 2 zu entnehmen ist, sind die
vorderen und hinteren Befestigungskonsolen 11 und 12 vorteilhaft
so ausgebildet, z. B. leicht schalenförmig, dass zusätzlich zu
dem Strebenkreuz 13 der Hilfsrahmen 1 mit einer
vorderen und/oder hinteren Querstrebe 26, 27 als
weiterem Bestandteil des erfindungsgemäßen Versteifungselementes versteift
werden kann, was lediglich schematisch und beispielhaft in den 4 bis 6 näher dargestellt
ist.
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Wie
dies den 4 bis 6 entnommen werden
kann, wird z. B. die vordere Querstrebe 26 (4)
von oben her in die vorderen Befestigungskonsolen 11 der
beiden Hilfsrahmen-Längsträger 3, 4 eingelegt
und dort mittels derselben Schraubverbindung 25 fixiert,
mit der auch das Strebenkreuz 13 mit den Kreuzarmen 17 und 18 an
den Befestigungskonsolen 11 festgelegt wird.
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Alternativ
dazu kann aber auch in analoger Weise zu der in der 4 dargestellten
Ausführungsform
lediglich eine hintere Querstrebe 27 vorgesehen sein, die
dann von oben in die hinteren Befestigungskonsolen 12 eingelegt
und dort mittels derselben Schraubverbindung 25 festgelegt
wird, mit der auch die Kreuzarme 19 und 20 des
Strebenkreuzes 13 an den hinteren Befestigungskonsolen 12 festgelegt werden.
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Wie
dies in der 6 weiter dargestellt ist, kann
selbstverständlich
auch eine Hilfsrahmenkonstruktion vorgesehen sein, bei der beide
Querstreben 26 und 27 in der zuvor in der Verbindung
mit den 4 und 5 geschilderten
Art und Weise montiert sind.
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Die
Verwendung der vorderen und hinteren Querstreben 26, 27 hängt von
den jeweils konkret gegebenen Einbauverhältnissen und Anforderungen ab,
so dass eine schnelle und individuelle Anpassung für einen
optimierten Kraftfluss in Verbindung mit einem optimierten Schubfeld
bei einer die Karosserie versteifenden Hilfsrahmenkonstruktion erzielt
wird.