-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugrahmenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Fahrzeugrahmenanordnung.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
-
In modernen lasttragenden Fahrzeugen, insbesondere Lastkraftwägen oder Anhängern, ist es notwendig einen steifen und stabilen, jedoch auch leichten Fahrzeugrahmen bereitzustellen. Ein Hauptaugenmerk im Konstruktionsprozess eines derartigen Rahmens liegt auf der Reduzierung von Schwingungen. Im Stand der Technik gab es eine Vielzahl von Ansätzen, um eine wesentliche Reduzierung von Fremdanregungen zu erreichen.
-
Dokument
US 2005/0248113 A1 beispielsweise offenbart eine Anordnung eines leiterartigen Fahrzeugrahmens mit einer Versteifungsvorrichtung. Der darin beschriebene Rahmen weist zwei Längsträger und zwei Federungsaufnahmen mit niedrigeren Enden auf. Um die torsionale Steifigkeit der Rahmenanordnung zu erhöhen, sind zwei zusätzliche Balken unabhängig von einander in dem Rahmen angeordnet und erstrecken sich kreuzweise von dem einen Längsträger des Rahmens zu der Federungsaufnahme des jeweilig anderen Längsträgers. Beide Balken sind aus einem leichten hochfesten Material hergestellt und an ihren Enden mit den Längsträgern und den Federungsaufnahmen verbunden.
-
Dokument
US 5 417 454 A zeigt eine weitere Fahrzeugrahmenanordnung mit einer X-förmigen Versteifungsvorrichtung, die zwei Stahlrohre aufweist, die an einer Kontaktstelle abgeflacht und verschweißt sind. Jedes Rohr ist an seinen Enden ebenfalls abgeflacht und mit Löchern versehen, um mit dem Fahrzeugrahmen verbunden zu werden.
-
DE 199 43 242 C2 betrifft eine Bodenanlage für einen Kraftwagen. Diese hat an ihrer Unterseite eine Strebenanordnung zur Aussteifung gegen Verwindungen, wobei jeweils ein Ende von mindestens zwei Streben dieser Anordnung zumindest mittelbar an seitlichen Schwellern des Kraftwagens abgestützt ist. Zwei Diagonalstreben, die einander im Mittelbereich des Fahrzeugs kreuzen und im vorderen und hinteren Endbereich der Schweller befestigt sind, verbinden die beiden Schweller. Die beiden Diagonalstreben werden weiterhin über eine Schraubverbindung an einer zentralen Stütze auf Abstand unterhalb des Wagenbodens gehalten.
-
Darüber hinaus ist eine ähnliche Anordnung auch aus
JP 2004 168 073 A bekannt, die einen X-förmigen Querträger der eingangs bezeichneten Art zeigt.
-
Schließlich zeigt
JP 2006 131 131 A eine Querträgerstruktur, die zwei V-förmige Elemente aufweist, die miteinander verbunden sind, um den Querträger zu bilden.
-
Sowohl die zwei Abstandshalter, die sich nach
US 2005/0248113 A1 gegenseitig kreuzen, als auch die kreuzartigen Strukturen nach
US 5 417 454 A ,
JP 2004 168 073 A und
JP 2006 131 131 A werden als Verstärkungs- und Versteifungsstruktur eingesetzt, um den Einfluss einer torsionalen Belastung zu minimieren, der ein Fahrzeug ausgesetzt ist. Jedoch zeigte sich in der Praxis, dass diese Anordnungen keine ausreichende Steifigkeit bereitstellen, um die Rahmenschwingungen wesentlich zu reduzieren. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die Versteifungsvorrichtung direkt mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist und daher dazu neigt, Fremdanregungen ausgesetzt zu sein. Außerdem befand man die Erhöhung der torsionalen Steifigkeit für nicht ausreichend für Fahrzeuge mit hohen axialen Lasten, da die Abstandshalter aus US 2005 / 0 248 113 A1 nicht miteinander verbunden sind.
-
Weitere Anordnungen, welche aus den Dokumenten
CA 2 305 610 A1 und
US 5 243 920 A bekannt sind, weisen zwei Abstandshalter auf, die sich gegenseitig kreuzen und die mittels Klemmmitteln an ihrem Schnittpunkt zusammengeklemmt sind, um eine Relativbewegung zwischen den Abstandshaltern in einer grundsätzlich horizontalen Ebene zu unterbinden. Durch die Verwendung von elastomeren Elementen, die zwischen den Längsträgern und den Abstandshaltern (
US 5 243 920 A ) oder zwischen den Abstandshaltern (
CA 2 305 610 A1 ) angeordnet sind, und infolge deren Elastizität können die auftretenden Schwingungen und deren Übertragung reduziert werden. Insbesondere wenn die Abstandshalter lang und schlank sind, besteht jedoch noch immer ein Risiko von Fremdanregungen der zusammengeklemmten Abstandshalter aufgrund ihrer geringen Eigenfrequenz.
-
Somit ist die Festigkeit und Steifigkeit bisher bekannter Fahrzeugrahmenanordnungen noch immer nicht ausreichend, um einen Fahrzeugrahmen für ein Kraftfahrzeug mit hohen axialen Belastungen bereitzustellen, beispielsweise für einen Anhänger, der nicht dazu neigt zu schwingen.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Fahrzeugrahmenanordnung mit einer verbesserten Steifigkeit und Festigkeit bereitzustellen, um den Einfluss einer auftretenden torsionalen Belastung und von Schwingungen zu reduzieren und somit Sicherheit und Komfort des Fahrzeugs in Benutzung zu erhöhen.
-
Die Aufgabe wird durch eine Fahrzeugrahmenanordnung, wie eingangs bezeichnet, gelöst, wobei die Stützvorrichtung ferner ein Klemmmittel aufweist, das mittels anpassbaren Verbindungsmitteln mit dem Stützträger verbunden ist, um mit den diagonalen Abstandshaltern zusammenzuwirken, wobei die anpassbaren Verbindungsmittel dazu ausgebildet sind, auf die Abstandshalter einwirkende Klemmkräfte derart zu variieren, um eine Relativbewegung zwischen den Abstandshaltern zu ermöglichen oder zu unterdrücken. Ferner wird die Aufgabe durch ein eine solche Fahrzeugrahmenanordnung aufweisendes Fahrzeug gelöst.
-
Der Erfinder fand heraus, dass durch die Nutzung eines zusätzlichen Stützträgers zum Stützen der diagonalen Abstandshalter die gesamte Anordnung steifer und geeignet ist, um Fremdanregungen zu unterdrücken. Die Länge der Abstandshalter ist verringert, und daher ist ihre Eigenfrequenz erhöht. In dem Bereich normalerweise auftretender Schwingungen eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines lasttragenden Fahrzeugs, beginnen die Abstandshalter des Fahrzeugs in Benutzung somit nicht, infolge von Fremdanregungen zu schwingen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt der Stützträger einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt. Durch die Verwendung solch einer typischen Leitbaustruktur für den Stützträger, erhöht die zusätzliche Stützvorrichtung, die den Stützträger umfasst, die Festigkeit und Steifigkeit der Fahrzeugrahmenanordnung ohne ihre Produktionskosten und ihre Masse wesentlich zu erhöhen. Das Letztere ist insbesondere dann relevant, wenn man die Energiekosten eines Fahrzeugs betrachtet. Heutzutage, mit einer globalen Energiekostenerhöhung, müssen Fahrzeuge aller Art leichtgewichtig sein, weil jede Erhöhung des Gewichts eine Erhöhung der Energie bedeutet, die zum Bewegen des Fahrzeugs benötigt wird.
-
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Stützträger an seinen Enden an den Längsträgern mittels lösbarer Befestigungsmittel befestigt. Dies ermöglicht es, die Fahrzeugrahmenanordnung einfach zu montieren. Aufgrund der einfachen Anbringung des Stützträgers an den Längsträgern ist eine Integration der Stützvorrichtung in bereits bestehende Fahrzeugrahmenanordnungen mit diagonalen Abstandshaltern ebenfalls möglich, ohne dass es erforderlich ist, die bestehenden Anordnungen wesentlich zu ändern. Die Verwendung von lösbaren Befestigungsmitteln, beispielsweise Befestigungsschrauben, Klipsen oder dergleichen, ist besonders vorteilhaft, da sie einen einfachen und schnellen Austausch der Stützvorrichtung ermöglicht, beispielsweise nach einem Unfall, wenn die Vorrichtung beschädigt oder gebrochen ist. Als eine Alternative ist es ebenfalls möglich, dass der Stützträger an seinen Enden mittels nicht-lösbarer Befestigungsmittel an den Längsträgern befestigt ist. Es kann vorteilhaft sein, den Stützträger mit den Längsträgern beispielsweise mittels Verschweißens oder Vernietens oder dergleichen zu verbinden, abhängig von dem Fahrzeugtyp und den typischerweise auftretenden Einflüssen.
-
Je höher die torsionale Belastung ist, die auf den Fahrzeugrahmen wirkt, desto höher ist die Belastungskonzentration in den Anbindungen, wie der Verbindung zwischen den Längsträgern und dem Stützbalken. Daher kann eine Verbindung, die eine definierte Relativbewegung zwischen den Längsträgern und dem Stützträger ermöglicht, vorteilhaft für Fahrzeuge sein, die einer vergleichsweise hohen torsionalen Belastung ausgesetzt sind, beispielsweise Geländewägen. Eine Verbindung, die jegliche Relativbewegung zwischen den Längsträgern und dem Stützbalken unterbindet, ist vorteilhaft für Fahrzeuge, die einer vergleichsweise geringen torsionalen Belastung ausgesetzt sind.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht eine Fahrzeugrahmenanordnung vor, wobei das Klemmmittel ein Plattenteil aufweist, das auf der einen Seite eines Kreuzungsbereichs der diagonalen Abstandshalter angeordnet ist, wobei das Plattenteil mit dem Stützträger verbunden ist, der auf der anderen Seite des Kreuzungsbereichs verläuft. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das Plattenteil mittels anpassbarer Verbindungsmittel an dem Stützträger befestigt. Aufgrund der simplen Konstruktion dieser Lösung erhöht die Herstellung des Klemmmittels die Herstellungskosten der Fahrzeugrahmenanordnung nicht wesentlich.
-
Außerdem kann das Klemmmittel einfach an eine Vielfalt unterschiedlicher Fahrzeugrahmenanordnungen angepasst werden. Insbesondere die Verwendung von anpassbaren Verbindungsmitteln, beispielsweise Schrauben, erlaubt - neben einer Anpassung an diagonale Abstandshalter mit unterschiedlichen Geometrien - eine Variation der Klemmkräfte, die auf die Abstandshalter gemäß dem jeweiligen Anwendungsfall des Fahrzeugs einwirken. Wenn beispielsweise die Klemmkräfte vergleichsweise gering sind, ist die daraus resultierende Reibung zwischen den beiden geklemmten diagonalen Abstandshaltern und zwischen den jeweiligen diagonalen Abstandshaltern und den angrenzenden Oberflächen des Stützträgers beziehungsweise des Plattenteils ebenfalls ausreichend niedrig, um eine Relativbewegung zwischen den diagonalen Abstandshaltern zu ermöglichen. Falls gewünscht, kann diese Relativbewegung reduziert oder überwiegend unterdrückt werden, indem die Verbindungselemente angepasst und die Klemmkräfte somit erhöht werden. Infolgedessen sind die Steifigkeit und Festigkeit der Fahrzeugrahmenanordnung durch Anpassung der Verbindungsmittel anpassbar.
-
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verbindungsmittel Abstandselemente aufweist, die einen vorbestimmten Abstand zwischen dem Stützträger und dem Plattenteil vorgeben. Die Verwendung von Abstandselementen stellt eine gewisse Anpassung des Verbindungsmittels sicher, das verwendet wird, um das Plattenteil mit dem Stützträger zu verbinden, und somit auch eine vorgegebene Klemmkraft, die auf die geklemmten diagonalen Abstandshalter einwirkt.
-
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Klemmmittel ein elastomeres Element, das elastisch zwischen dem Stützträger und den diagonalen Abstandshaltern angeordnet ist. Für den Fall, dass ein Stützträger einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt besitzt, ist das elastomere Element in einer Öffnung des U-förmigen Stützträgers aufgenommen. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht darüber hinaus vor, dass das Klemmmittel ein elastomeres Element beinhaltet, das elastisch zwischen den diagonalen Abstandshaltern angeordnet ist. Desweiteren kann das Klemmmittel erfindungsgemäß ein elastomeres Element beinhalten, das elastisch zwischen dem Plattenteil und den diagonalen Abstandshaltern angeordnet ist.
-
Durch die Verwendung elastomerer Elemente, die zwischen den jeweiligen Bauteilen der Stützvorrichtung angeordnet sind, wird die Übertragung von Schwingungen zwischen diesen an einem elastomeren Element anliegenden Bauteilen aufgrund der Elastizität der elastomeren Elemente verringert. Außerdem erlaubt die Nachgiebigkeit der elastomeren Elemente eine Relativbewegung zwischen den Teilen der Stützvorrichtung, die an ein elastomeres Element angrenzen, in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung, jedoch auch in einer bis zu einem gewissen Grad geneigten Richtung, wobei eine unerwünschte Abnutzung oder Abtragung zwischen den jeweiligen Bauteilen größtenteils verhindert wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein elastomeres Element zwischen dem Stützträger und den Längsträgern angeordnet. Dies führt wiederum zu einer reduzierten Übertragung von Schwingungen, insbesondere zwischen dem Fahrzeugrahmen und der Versteifungsvorrichtung, die die diagonalen Abstandshalter und die Stützvorrichtung aufweist. Zusätzlich werden dadurch Relativbewegungen zwischen der Versteifungsvorrichtung und dem Fahrzeugrahmen in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung ermöglicht, ohne Abnutzung zwischen den verbundenen Teilen zu verursachen.
-
Figurenliste
-
Eine Ausführungsform der Erfindung, die beispielhaft angeführt wird, ist nachfolgend mit Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 eine perspektivische Ansicht der Fahrzeugrahmenanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist,
- 2 eine Ansicht der Fahrzeugrahmenanordnung gemäß 1 von oben gesehen ist,
- 3 eine eine vertikale Symmetrieachse enthaltende Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2 mit abgeschnittenen Teilen ist, und
- 4 eine eine Symmetrieachse enthaltende Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 2 mit abgeschnittenen Teilen ist.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
-
In den unterschiedlichen Zeichnungen werden die selben Merkmale mit den selben Bezugszeichen versehen.
-
1 und 2 zeigen eine Fahrzeugrahmenanordnung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung 10 weist zwei Längsträger 12, 14 auf, wobei jeder Längsträger in 3 zweiteilig gezeigt ist, zwei diagonale Abstandshalter 16, 18 und eine Stützvorrichtung 20. Die diagonalen Abstandshalter 16, 18, die sich zwischen den beiden Längsträgern 12, 14 erstrecken, sind mit den Längsträgern 12, 14 auf konventionelle Weise mittels Schrauben verbunden. Die diagonalen Abstandshalter 16, 18 erstrecken sich in einer Richtung quer zu der Längsrichtung L1 der Fahrzeugrahmenanordnung 10 und sind nicht richtungsgleich zueinander, sondern kreuzen sich gegenseitig aus einer Richtung quer zu der Längsrichtung L1, beispielsweise von oben, betrachtet in einem Kreuzungsbereich 22.
-
Die Stützvorrichtung 20 weist einen Stützträger 30 mit einem U-förmigen Querschnitt 32 und einem Klemmmittel 40 auf. Der Stützträger 30 erstreckt sich zwischen den Längsträgern 12, 14 in einer im Wesentlichen zu ihnen rechtwinkligen Richtung und kreuzt - von oben gesehen - die diagonalen Abstandshalter 16, 18 in dem Kreuzungsbereich 22. Um den Stützträger 30 mit den Längsträgern 12, 14 zu verbinden, ist der Stützträger 30 an jedem Ende mit einer Klammer 36 und einer Befestigungsschraube 38 ausgestattet, wie in 3 zu sehen ist. Jede Klammer 36 hat zwei Schenkel, die mit korrespondierenden Löchern zu Aufnahme einer Befestigungsschraube 38 versehen sind. Die Befestigungsschraube 38 wird mittels einer Mutter 28 befestigt, die auf das freie Ende des Schraubenschaftes aufgeschraubt wird. Ein jeweiliger Flansch 24 der Längsträger 12, 14 ist zwischen den zwei elastischen Schenkeln der Klammer 36 aufgenommen, die gemeinsam mit der Befestigungsschraube 38 und der Mutter 28 als eine Klemmvorrichtung fungieren. Dadurch kann der Stützträger 30 an die Flansche 24 der Längsträger 12, 14 angeklemmt werden.
-
Das Klemmmittel 40 ist angeordnet und mit dem Stützträger 30 verbunden, um mit zwei diagonalen Abstandshaltern 16, 18 in dem Kreuzungsbereich 22 zusammenzuwirken. Ein Plattenteil 42 ist auf der Oberseite der sich kreuzenden diagonalen Abstandshalter 16, 18 angeordnet und mittels anpassbarer Verbindungsmittel 44 mit dem Stützträger 30 verbunden, der auf der anderen Seite der diagonalen Abstandshalter 16, 18 verläuft. Die Verbindungsmittel 44 gemäß der Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, umfassen Befestigungsschrauben 46 mit jeweiligen Muttern 26, die darauf aufgeschraubt sind, und Abstandselemente 48.
-
Das Plattenteil 42 und der Stützträger 30 sind mit zwei Bohrungen versehen, die die Befestigungsschrauben 46 aufnehmen. Die Befestigungsschrauben 46 und die jeweiligen Löcher sind mit einem horizontalen Abstand zu den sich kreuzenden diagonalen Abstandshaltern 16, 18 angeordnet, um eine Relativbewegung der diagonalen Abstandshalter 16, 18 zu ermöglichen, falls gewünscht. Die Abstandselemente 48 werden durch Buchsen mit einer vordefinierten Länge geformt, die den Schaft einer jeden Befestigungsschraube 46 umgeben. So wird ein vorgegebener Abstand d zwischen zwei Teilen der Stützvorrichtung 20 definiert. Die Befestigungsschrauben 46 werden durch die Löcher in dem Stützträger 30 und in dem Plattenteil 42 gedrückt und mit einer Mutter 26 fixiert, die auf das freie Ende des Schraubenschafts 46 aufgeschraubt wird. Durch Verwenden der Abstandselemente 48 mit unterschiedlichen Längen kann das Klemmmittel 40 an bestimmte diagonale Abstandshalter 16, 18 mit unterschiedlichen Dicken angepasst werden, beziehungsweise die Klemmkraft kann variiert werden. Abhängig von der Klemmkraft, die auf die sich kreuzenden diagonalen Abstandshalter 16, 18 wirkt, und der daraus resultierenden Reibung kann eine Relativbewegung zwischen den diagonalen Abstandshaltern 16, 18 in einer grundsätzlich horizontalen Richtung angepasst oder im Wesentlichen unterbunden werden.
-
Zusätzlich werden elastomere Elemente 50, 52 zur Verfügung gestellt, die zwischen den beiden diagonalen Abstandshaltern 16, 18 und zwischen dem Stützträger 30 und den diagonalen Abstandshaltern 16, 18 angeordnet sind, um den diagonalen Abstandshaltern 16, 18 zu erlauben, sich relativ zueinander und zu dem Stützträger 30 in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung zu bewegen. Die elastomeren Elemente 50, 52 können ebenfalls ausgeführt sein, um schräge Bewegungen der diagonalen Abstandshalter 16, 18 relativ zueinander bis zu einem gewissen Grad zu erlauben. Das elastomere Element 50 ist in der Öffnung des U-förmigen Stützträgers 30 aufgenommen und demzufolge gegen eine Verdrehung relativ zu dem Stützträger 30 blockiert. Die elastomeren Elemente 50, 52 sind aus Gummi hergestellt, was ebenfalls den Reibkoeffizienten und somit die Möglichkeit einer horizontalen Bewegung der diagonalen Abstandshalter 16, 18 relativ zu dem Stützträger 30 und relativ zueinander beeinflusst.
-
Die diagonalen Abstandshalter 16, 18, der Stützträger 30 und das Klemmmittel 40 können aus jeglichem Material mit einer ausreichenden Steifigkeit und Festigkeit zur Stabilisierung der Fahrzeugrahmenanordnung hergestellt sein, beispielsweise aus Stahl oder Verbundwerkstoffen.
-
Bei einer Montage werden zuerst die diagonalen Abstandshalter 16, 18 mit den Längsträgern 12, 14 verbunden und mit dem elastomeren Element 52 versehen, das zwischen ihnen angeordnet ist. Dann wird der Stützträger 30 mit dem elastomeren Element 50 versehen, das in der Öffnung seines U-förmigen Querschnitts derart angeordnet ist, dass das elastomere Element wenigstens einen der diagonalen Abstandshalter berührt. Dann wird der Stützträger 30 an die Flansche 24 der Längsträger 12, 14 mittels seiner Klammern 36 und Befestigungsschrauben 38 geklemmt. Die diagonalen Abstandshalter 16, 18 werden in einem weiteren Schritt mittels des Klemmmittels 40 zusammengeklemmt, das mit dem Stützträger 30 verbunden ist. Somit werden die diagonalen Abstandshalter 16, 18 in ihrem Kreuzungsbereich 22 durch den Stützträger 30 gestützt. In Abhängigkeit von der gewünschten Bewegung der diagonalen Abstandshalter 16, 18 relativ zueinander und relativ zu dem Stützträger 30 werden die Längen der Abstandselemente 48 gewählt, die den Abstand d zwischen dem Plattenteil 42 und dem Stützträger 30 bestimmen.
-
Es versteht sich, dass die Verwendung zusätzlicher Stützträger 30 in der Fahrzeugrahmenanordnung 10 mit entsprechenden Klemmmitteln 40 ebenso möglich ist, wie die Verwendung von mehr als einem Klemmmittel 40 für einen Stützträger 30. Genauso ist eine Variation der Anzahl der verwendeten Befestigungsmittel denkbar.
-
Darüber hinaus versteht sich, dass andere Ausführungsformen oder Anpassungen der Erfindung für einen Fachmann offensichtlich sein können, ohne über den Erfindungsgedanken, wie in den angefügten Ansprüchen definiert, hinauszugehen.
