DE102008016381B4 - Flow-optimized cross member - Google Patents

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Die Erfindung betrifft einen Querträger (10), insbesondere Frontquerträger, für einen Fahrzeugrahmen eines Nutzfahrzeugs, mit einem sich im Bereich zwischen Rahmenlängsträgern des Fahrzeugrahmens erstreckenden Grundkörper (12), wobei der Grundkörper (12) im Querschnitt betrachtet zumindest bereichsweise stromlinienförmig ausgebildet ist und dabei ein Profil (18) mit einem verjüngten Ende (20) aufweist und wobei das verjüngte Ende (20) in Einbaulage in Richtung der Fahrzeuglängsachse (22) zum hinteren Ende des Nutzfahrzeugs hin gerichtet ist.The invention relates to a cross member (10), in particular front cross member, for a vehicle frame of a commercial vehicle, with a base body (12) extending in the region between longitudinal frame members of the vehicle frame, wherein the base body (12) is at least partially streamlined viewed in cross section and a Profile (18) having a tapered end (20) and wherein the tapered end (20) in the installed position in the direction of the vehicle longitudinal axis (22) is directed towards the rear end of the utility vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft einen strömungsoptimierten Querträger für ein Fahrgestell eines Nutzfahrzeugs nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a flow-optimized cross member for a chassis of a commercial vehicle according to the preamble of patent claim 1.

Karosserien für Nutzfahrzeuge werden im Allgemeinen als nicht selbsttragende Karosserien ausgelegt. Der Fahrzeugaufbau sowie weitere Fahrwerksgruppen werden dabei auf einen Rahmen montiert, welcher in der Regel als Leiterrahmen ausgebildet ist. Hierbei sind zwei in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Längsträger über mehrere Querträger miteinander verbunden.Commercial vehicle bodies are generally designed as non-self-supporting bodies. The vehicle body and other chassis groups are mounted on a frame, which is usually designed as a ladder frame. In this case, two longitudinal members running in the vehicle longitudinal direction are connected to one another via a plurality of cross members.

Solche Querträger sind dem Stand der Technik als allgemein bekannt zu entnehmen.Such cross members are known in the art as generally known.

Der EP 1 619 107 A2 ist eine Rahmenstruktur für Aufbauten von Kraftfahrzeugen als bekannt zu entnehmen. Um diese Rahmenstruktur bezüglich Gewicht und Steifigkeit zu optimieren, werden Träger der Rahmenstruktur durch Rohre mit elliptischen Querschnitten gebildet. In der DE 101 39 268 A1 ist eine Trägerstruktur für Fahrzeugkarosserien mit einem Querträger angegeben, welcher im Querschnitt betrachtet ein elliptisches Profil zur Verbesserung der Bauteilsteifigkeit aufweist. Ferner zeigt DE 10 2006 040 073 A1 einen Querträger für ein Fahrzeug, wobei das Profil des Querträgers im Querschnitt betrachtet in Fahrrichtung zur Frontseite des Fahrzeugs hin bauraumbedingt verjüngt ist. Die drei vorgenannten Druckschriften geben Querträger an, die nicht dem Fahrtwind ausgesetzt sind und deren Gestalt im Hinblick auf einen geringen Strömungswiderstand nicht optimal ausgelegt ist.Of the EP 1 619 107 A2 is to be taken as a frame structure for structures of motor vehicles as known. In order to optimize this frame structure in terms of weight and rigidity, carriers of the frame structure are formed by tubes with elliptical cross sections. In the DE 101 39 268 A1 is a support structure for vehicle bodies with a cross member indicated, which has viewed in cross section an elliptical profile for improving the component rigidity. Further shows DE 10 2006 040 073 A1 a cross member for a vehicle, wherein the profile of the cross member viewed in cross section in the direction of travel to the front side of the vehicle is tapered due to space constraints. The three aforementioned publications indicate cross members that are not exposed to the wind and whose shape is not optimally designed in view of a low flow resistance.

Während gängige als Rund-, Rechteck- oder U-Profil ausgeführte Querträger zwar vorteilhaft eine hohe Biegesteifigkeit, Verwindungselastizität und Tragkraft des Rahmens sicherstellen, ist diese Bauweise dennoch mit Nachteilen behaftet.While common designed as a round, rectangular or U-shaped cross member while advantageously ensure high bending stiffness, torsional elasticity and strength of the frame, this construction is still subject to disadvantages.

Insbesondere der an der Fahrzeugfront angebrachte Frontquerträger, welcher im Fahrbetrieb des Fahrzeuges direkt vom Fahrtwind angeströmt wird, verursacht in der gängigen Bauweise eine Verwirbelung dieses Luftstroms. Dies erhöht auf nachteilige Weise den Strömungswiderstandskoeffizienten CW des Fahrzeugs und führt dadurch zu einem unökonomisch erhöhten Kraftstoffverbrauch. Weiterhin reduziert eine solche Turbulenzbildung insbesondere am Frontquerträger auf in Längsrichtung des Fahrzeugs hinter dem Querträger angebrachte Komponenten gerichteten Luftstrom, insbesondere den Luftstrom auf den Kühlwasserkühler des Motorkühlsystems und den Motorraum im Allgemeinen. Dadurch wird die Kühlleistung des Motorkühlsystems verringert, weswegen aufwändige Maßnahmen zur Beaufschlagung des Kühlwasserkühlers mit zusätzlicher Luft ergriffen werden müssen.In particular, the attached at the front of the vehicle front cross member, which is directly impinged by the wind during driving of the vehicle caused in the current design, a turbulence of this air flow. This disadvantageously increases the flow resistance coefficient C W of the vehicle, thereby leading to uneconomically increased fuel consumption. Furthermore, such turbulence formation, in particular at the front cross member, reduces airflow directed at components mounted behind the cross member in the longitudinal direction of the vehicle, in particular the air flow onto the cooling water radiator of the engine cooling system and the engine compartment in general. As a result, the cooling capacity of the engine cooling system is reduced, which is why costly measures to act on the cooling water cooler with additional air must be taken.

Der vorliegenden Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen strömungsoptimierten Querträger bereitzustellen, durch den Turbulenzbildungen und eine nachteilige Luftführung im Fahrbetrieb des Fahrzeugs vermieden werden.The present invention is therefore an object of the invention to provide a flow-optimized cross member, are avoided by the turbulence and a disadvantageous air flow when driving the vehicle.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Querträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by a cross member having the features of patent claim 1.

Ein solcher Querträger besteht aus einem Grundkörper, der sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckt, und der in seinen Endbereichen mit Befestigungsflanschen versehen ist, über welche eine Befestigung des Querträgers an den Längsträger des Fahrzeugrahmens erfolgt.Such a cross member consists of a base body which extends in the vehicle transverse direction, and which is provided in its end regions with mounting flanges, via which an attachment of the cross member to the longitudinal member of the vehicle frame.

In der erfindungsgemäßen Ausführung ist das Querschnittsprofil des Grundkörpers dabei stromlinienförmig, insbesondere tropfen- oder tragflächenförmig ausgebildet, wobei das sich verjüngende Ende des Profils in Fahrzeuglängsrichtung zur Fahrzeugrückseite weist. Dadurch wird vorteilhaft eine gleichmäßige weitgehend laminare Umströmung des Querträgers im Fahrbetrieb des Fahrzeugs sichergestellt und Turbulenzen vermieden.In the embodiment according to the invention, the cross-sectional profile of the base body is streamlined, in particular teardrop or airfoil-shaped, with the tapered end of the profile facing the vehicle rear side in the vehicle longitudinal direction. As a result, it is advantageous to ensure a uniform, largely laminar flow around the cross member during the driving operation of the vehicle and to avoid turbulence.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Grundkörper des Querträgers als Aluminiumstrangpressprofil ausgebildet. Dies ermöglicht eine kostengünstige Fertigung und verbindet geringes Gewicht mit einer hohen mechanischen Stabilität.In a preferred embodiment, the main body of the cross member is formed as an aluminum extruded profile. This allows a cost-effective production and combines low weight with a high mechanical stability.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Grundkörper weiterhin als Hohlprofil ausgebildet, wobei die endständigen Befestigungsflansche den inneren Hohlraum des Profils abschließen. Durch die Ausbildung des Grundkörpers als Hohlprofil kann weiteres Gewicht eingespart werden, ohne die mechanischen Eigenschaften des Querträgers nennenswert zu beeinträchtigen.In a particularly preferred embodiment, the base body is further formed as a hollow profile, wherein the terminal mounting flanges complete the inner cavity of the profile. By forming the body as a hollow profile further weight can be saved without significantly affecting the mechanical properties of the cross member.

In einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Querträgers ist einem als Hohlprofil ausgebildeten Grundkörper über eine erste Öffnung Druckluft zuführbar. Weiterhin ist eine zweite Öffnung am Grundkörper vorgesehen, über welche Druckluft entnommen werden kann. Eine solche Doppelfunktion des Querträgers als mechanisches Stützelement und als Druckluftspeicher für druckluftbetriebene Systeme des Kraftfahrzeuges führt zu einer weiteren Gewichts- und Bauraumeinsparung. Insbesondere muss kein separater, Raum beanspruchender Druckluftspeicher, beispielsweise für eine Fahrerhausluftfederung, bereitgestellt werden.In a further embodiment of a cross member according to the invention, compressed air can be supplied to a base body designed as a hollow profile via a first opening. Furthermore, a second opening on the base body is provided, via which compressed air can be removed. Such a dual function of the cross member as a mechanical support element and as a compressed air reservoir for compressed air operated systems of the motor vehicle leads to a further weight and space savings. In particular, no separate, space-consuming compressed air storage, for example for a cab air suspension, must be provided.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen ohne Beschränkung der Allgemeinheit näher erläutert werden, wobeiIn the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawings without limiting the generality, wherein

1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Querträgers und 1 a perspective view of a cross member according to the invention and

2 eine im Längsschnitt gezeigte schematische Darstellung der Anordnung eines solchen Querträgers im Verhältnis zu anderen Baugruppen des Kraftfahrzeugs zeigt. 2 a schematic representation shown in longitudinal section of the arrangement of such a cross member in relation to other modules of the motor vehicle shows.

Ein im Ganzen mit 10 bezeichneter Frontquerträger für ein Kraftfahrzeug besteht aus einem Grundkörper 12 und zwei an den Enden dieses Grundkörpers angeordneten Befestigungsflanschen 14. Über die Befestigungsflansche 14 ist der Querträger mit den Längsträgern des Fahrgestells verbindbar. Im dargestellten Fall sind zur Realisierung dieser Verbindung Aussparungen 16 in den Flanschen 14 vorgesehen, über die der Querträger mit dem Längsträger verschraubt werden kann. Selbstverständlich sind auch andere Fügeverfahren zur Befestigung des Querträgers 10 an den Längsträgern denkbar, insbesondere Schweißen oder Nieten.A whole with 10 designated front cross member for a motor vehicle consists of a main body 12 and two attachment flanges disposed at the ends of this body 14 , About the mounting flanges 14 the cross member is connectable to the longitudinal members of the chassis. In the case shown are for the realization of this connection recesses 16 in the flanges 14 provided, via which the cross member can be bolted to the longitudinal member. Of course, other joining methods for attachment of the cross member 10 conceivable on the longitudinal members, in particular welding or riveting.

Der Grundkörper 12 weist im Querschnitt ein stromlinienförmiges Profil 18 auf, wobei das verjüngte Ende 20 dieses Profils in Richtung der Fahrzeuglängsachse 22 zum hinteren Ende des Fahrzeugs hin gerichtet ist. Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs wird dieses Profil in Richtung des Pfeils 24 vom Fahrtwind angeströmt. Die tropfenförmige Ausgestaltung des Grundkörpers ermöglicht dabei eine weitgehend laminare Umströmung des Querträgers 10.The main body 12 has a streamlined profile in cross-section 18 on, with the tapered end 20 this profile in the direction of the vehicle longitudinal axis 22 directed towards the rear end of the vehicle. When driving the motor vehicle, this profile is in the direction of the arrow 24 streamed by the wind. The teardrop-shaped configuration of the body allows a largely laminar flow around the cross member 10 ,

Dadurch wird ein weitgehend ungehindertes Anströmen von in Fahrzeugrichtung hinter dem Frontquerträger gelegenen Komponenten ermöglicht, wie in 2 gezeigt. Insbesondere wird der Kühlwasserkühler 26 des Motorkühlsystems des Kraftfahrzeugs bei der Verwendung eines erfindungsgemäßen Frontquerträgers ungehindert vom Fahrtwind durchströmt und erbringt somit eine verbesserte Kühlleistung im Vergleich zu einer Anordnung des Kühlers hinter einem konventionellen Frontquerträger. Auch der Luftstrom in den Motorraum 28 ist bei dieser Anordnung weitgehend ungehindert und ermöglicht eine effizientere Kühlung von im Motorraum 28 gelegenen Komponenten.This allows a largely unhindered influx of located in the vehicle direction behind the front cross member components, as in 2 shown. In particular, the cooling water cooler 26 the motor cooling system of the motor vehicle when using a front cross member according to the invention flows unhindered by the wind and thus provides an improved cooling performance compared to an arrangement of the radiator behind a conventional front cross member. Also the air flow in the engine compartment 28 is largely unhindered with this arrangement and allows more efficient cooling of the engine compartment 28 located components.

Der Grundkörper 12 des Querträgers 10 lässt sich besonders einfach als Strangpressprofil bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung fertigen. Idealerweise ist der Grundkörper 12 dabei als Hohlprofil ausgeführt, wobei die Wand 30 des Profils einen Innenraum 32 umschließt. Der Innenraum 32 ist an den Enden des Grundkörpers weiterhin durch die Befestigungsflansche 14 verschlossen. Selbstverständlich kann der Grundkörper 12 auch aus anderen Materialien wie beispielsweise Magnesiumlegierungen oder Stahl gefertigt werden und auch durch andere Verfahren hergestellt werden. So ist es z. B. vorstellbar den Grundkörper 12 als Gussbauteil auszulegen.The main body 12 of the crossbeam 10 is particularly easy to manufacture as an extruded profile of an aluminum alloy. Ideally, the body is 12 thereby designed as a hollow profile, wherein the wall 30 the profile of an interior 32 encloses. The interior 32 is at the ends of the body further through the mounting flanges 14 locked. Of course, the basic body 12 also be made of other materials such as magnesium alloys or steel and are also produced by other methods. So it is z. B. conceivable the main body 12 designed as cast component.

Die Auslegung des Grundkörpers 12 als Hohlprofil ermöglicht zudem eine weitere Verwendung des Querträgers 10 als Druckluftspeicher. Eine Vielzahl von Systemen in modernen Nutzfahrzeugen werden mit Druckluft betrieben, es seien hier exemplarisch lediglich Druckluftbremsen, Druckluftfederungen, u. a. für eine Fahrerhausluftfederung, und Druckluftsysteme zum Aufbau des Systemdrucks in Kühlsystemen genannt. Neben Druckerzeugern benötigen solche Systeme Druckluftspeicher, um komprimierte Luft bedarfsgerecht schnell zur Verfügung stellen zu können. Die Integration solcher Druckluftspeicher in andere Bauteile ermöglicht einen besonders platzsparenden und leichten Aufbau solcher Systeme.The design of the basic body 12 as a hollow profile also allows further use of the cross member 10 as compressed air storage. A variety of systems in modern commercial vehicles are operated with compressed air, it is here by way of example only compressed air brakes, pneumatic suspensions, including a cab air suspension, and called compressed air systems for building the system pressure in cooling systems. In addition to pressure generators such systems require compressed air storage in order to provide compressed air as needed quickly available. The integration of such compressed air storage in other components allows a particularly space-saving and easy construction of such systems.

Um einen erfindungsgemäßen Querträger auch als Druckluftspeicher nutzen zu können, sind am Grundkörper 12 ein Befüllstutzen 38, welcher über eine erste Öffnung 34 mit dem Innenraum 32 des Grundkörpers 12 in Verbindung steht, sowie ein Entnahmestutzen 40, welcher über eine zweite Öffnung 36 ebenfalls mit dem Innenraum 32 des Grundkörpers 12 in Verbindung steht, vorgesehen. Über den Stutzen 38 erfolgt die Anbindung an einen hier nicht gezeigten Druckerzeuger eines Druckluftsystems, über den Stutzen 40 kann die im Innenraum 32 des Grundkörpers 12 gespeicherte Druckluft durch die Öffnung 36 wieder entnommen und den ebenfalls nicht gezeigten Verbrauchern eines solchen Druckluftsystems zugeführt werden.In order to use a cross member according to the invention as a compressed air reservoir, are on the body 12 a filling nozzle 38 , which has a first opening 34 with the interior 32 of the basic body 12 in connection with, as well as a sampling neck 40 , which has a second opening 36 also with the interior 32 of the basic body 12 in connection, provided. About the neck 38 the connection to a not shown here pressure generator of a compressed air system, via the nozzle 40 Can the interior 32 of the basic body 12 stored compressed air through the opening 36 taken again and supplied to the consumers also not shown such a compressed air system.

Claims (4)

Querträger (10), insbesondere Frontquerträger, für einen Fahrzeugrahmen eines Nutzfahrzeugs, mit einem sich im Bereich zwischen Rahmenlängsträgern des Fahrzeugrahmens erstreckenden Grundkörper (12), wobei der Grundkörper (12) im Querschnitt betrachtet zumindest bereichsweise stromlinienförmig ausgebildet ist und dabei ein Profil (18) mit einem verjüngten Ende (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das verjüngte Ende (20) in Einbaulage in Richtung der Fahrzeuglängsachse (22) zum hinteren Ende des Nutzfahrzeugs hin gerichtet ist.Cross member ( 10 ), in particular front cross member, for a vehicle frame of a utility vehicle, with a body extending in the region between longitudinal frame members of the vehicle frame ( 12 ), where the basic body ( 12 ) viewed in cross-section is at least partially formed streamlined and thereby a profile ( 18 ) with a tapered end ( 20 ), characterized in that the tapered end ( 20 ) in installation position in the direction of the vehicle longitudinal axis ( 22 ) is directed towards the rear end of the utility vehicle. Querträger (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) als Aluminiumstrangpressprofil ausgebildet ist.Cross member ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the basic body ( 12 ) is designed as extruded aluminum profile. Querträger (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) als Hohlprofil mit einem Hohlraum (32) ausgebildet ist, wobei Befestigungsflansche (14) den innenliegenden Hohlraum (32) an den Enden des Profils abschließen.Cross member ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the basic body ( 12 ) as a hollow profile with a cavity ( 32 ), mounting flanges ( 14 ) the internal cavity ( 32 ) at the ends of the profile. Querträger (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem innenliegenden Hohlraum (32) des Grundkörpers (12) über eine erste Öffnung (34) Druckluft zuführbar ist und über eine zweite Öffnung (36) Druckluft aus dem innenliegenden Hohlraum (32) des Grundkörpers (12) entnehmbar ist.Cross member ( 10 ) according to claim 3, characterized in that the internal cavity ( 32 ) of the basic body ( 12 ) via a first opening ( 34 ) Compressed air can be supplied and via a second opening ( 36 ) Compressed air from the internal cavity ( 32 ) of the basic body ( 12 ) is removable.
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