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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrgestell für Nutzfahrzeuge, insbesondere
für Sattelzugmaschinen,
mit einer einem Vorderachsbereich des Nutzfahrzeugs zugeordneten
vorderen Baugruppe, einer einem Hinterachsbereich des Nutzfahrzeugs zugeordneten
hinteren Baugruppe, wobei die vordere und die hintere Baugruppe
jeweils zwei quer zur Fahrzeuglängsachse
voneinander beabstandete Längsträger umfassen,
und einer mittleren Baugruppe, welche die vordere Baugruppe und
die hintere Baugruppe miteinander verbindet.
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Fahrgestelle
von Nutzfahrzeugen werden üblicherweise
auf Basis eines durchgehenden Leiterrahmens gefertigt. Ein derartiger
Leiterrahmen besteht aus zwei parallelen Längsträgern, die beispielsweise als
C-Profilelemente ausgebildet sind und die durch mehrere Querträger miteinander
verbunden sind. Meist sind die Längsträger mit
den Querträgern verschraubt
oder vernietet. An dem Rahmen werden verschiedene Fahrzeugkomponenten
angebracht, wie z. B. Vorder- und Hinterachse, Antriebsaggregate,
Fahrerhaus, Transportaufbau oder Sattelkupplung, Kraftstofftanks,
Batteriekasten sowie das Abgassystem. Hinsichtlich einer flexiblen
Verwendbarkeit eines Fahrgestelltyps für unterschiedliche Fahrzeugvarianten
oder Antriebssysteme ist es wünschenswert,
eine Modulbauweise vorzusehen.
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Fahrgestelle
der Leiterrahmen-Bauweise sind ausreichend stabil, weisen jedoch
ein relativ hohes Eigengewicht auf. Dieses Problem des hohen Eigengewichts
wird dadurch verschärft,
dass aufgrund strenger werdender gesetzlicher Emissionsvorschriften
zusätzliche
Abgasbehandlungskomponenten, wie beispielsweise Katalysatoren oder
Harnstofftanks, am Fahrzeug vorzusehen sind. Weitere gewichtssteigernde
Faktoren sind der zunehmende Elektronikanteil hinsichtlich der Sensorik
und Aktuatorik, höhere
Komfortansprüche
sowie der Einsatz von alternativen Kraftstoffen oder Antriebskonzepten,
wobei als Beispiel für
die letzteren insbesondere Hybridantriebe anzuführen sind. Ein hohes Eigengewicht
ist mit einer geringeren Nutzlast, einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und
demzufolge mit unerwünschten
Mehrkosten und einer größeren Schadstoffbelastung
verbunden.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein modular aufgebautes Fahrgestell
für Nutzfahrzeuge
bereitzustellen, das unter Beibehaltung der üblichen Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften
eine Gewichtsreduktion gegenüber
herkömmlichen
Fahrgestellen erzielt.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere
dadurch gelöst,
dass die mittlere Baugruppe als kastenförmiges Hohlprofil aus Blechumformteilen
ausgebildet ist, dass die Längsträger der
vorderen und hinteren Baugruppe aus zumindest bereichsweise geschlossenen
Profilteilen ausgebildet sind und dass wenigstens eine der vorderen
und hinteren Baugruppe lösbar
an der mittleren Baugruppe angebracht ist.
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Die
mittlere Baugruppe ist also als Kastenelement aus leichten und kostengünstig herstellbaren Blechumformteilen
gebildet. Der innere Hohlraum dieser Kastenstruktur kann zur geschützten Unterbringung
von Teilen des Antriebssystems, der Versorgungstanks und/oder des
Abgassystems des Nutzfahrzeugs verwendet werden. Dadurch, dass eine
der Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Baugruppen lösbar ist,
können
bei der Montage des Nutzfahrzeugs die unterzubringenden Fahrzeug teile leicht
eingeschoben werden. Die Unlösbarkeit
der jeweils anderen Verbindungsstelle erhöht dabei die Stabilität des Gesamtaufbaus.
Eine weitere Erhöhung
der Stabilität
bei gleichzeitiger Vermeidung einer übermäßigen Gewichtserhöhung wird
durch die Ausbildung der vorderen Längsträger als geschlossene Profile
erreicht. Die Profile können
entweder vollständig
geschlossen sein oder an ausgewählten Stellen
Zugangsöffnungen
oder Aussparungen zur Gewichtsersparnis aufweisen.
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Es
hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße modulartige Mischbauweise
aus miteinander verbundenen geschlossenen Profilelementen und Blechumformteilen
eine bedeutende Gewichtsreduktion unter Beibehaltung der geforderten Festigkeitswerte,
insbesondere der Torsionssteifigkeit, erzielbar ist. Berechnungen
haben ergeben, dass bei einer handelsüblichen Sattelzugmaschine eine
Gewichtsreduktion von 250 kg im Vergleich zur Leiterrahmen-Bauweise
erreichbar ist. Dadurch wird wiederum eine Erhöhung der Nutzlast ermöglicht. Überdies
wird der Montageaufwand aufgrund der relativ geringen Anzahl an
Schraubverbindungen verringert.
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Mögliche Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen,
der Zeichnung sowie der Beschreibung angegeben.
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Vorzugsweise
ist entweder die vordere oder die hintere Baugruppe unlösbar mit
der mittleren Baugruppe verbunden, insbesondere mit dieser verschweißt. Die
Schweißverbindung
kann dabei ”Stoß auf Stoß” oder überlappend
ausgeführt
sein. Die Unlösbarkeit
einer der beiden Verbindungsstellen zwischen den Baugruppen erhöht die Stabilität und verringert
den Montageaufwand.
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Das
Hohlprofil kann sich über
die gesamte Breite des Fahrgestells erstrecken, um einen möglichst
geräumigen
Innenraum zur Aufnahme von Fahrzeugkomponenten bereitzustellen.
Es wird dadurch eine Verlagerung der Gewichte nach innen und demzufolge
eine Reduktion der Torsionsanregung erreicht. Außerdem kann auf die Anbringung
von zusätzlichen
Trägerelementen,
wie Seitenkonsolen für Kraftstofftanks,
verzichtet werden, wodurch sich weitere Gewichtseinsparungen ergeben.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist das Hohlprofil in Fahrzeuglängsrichtung
ausgerichtet und weist eine im Wesentlichen geschlossene Umfangsfläche sowie
eine vordere und hintere stirnseitige Durchgangsöffnung auf. Die mittlere Baugruppe
ist also gewissermaßen
in ”Monocoque”-Bauweise gefertigt
und somit besonders verwindungssteif. Aufgrund der Durchgangsöffnungen
können
beispielsweise die Antriebswelle und/oder der Abgasstrang des Nutzfahrzeugs
durch die mittlere Baugruppe hindurchgeführt werden.
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Das
Hohlprofil kann an der Umfangsfläche Versteifungselemente,
insbesondere Versteifungssicken aufweisen. Versteifungssicken sind
besonders einfach herstellbar, da sie direkt in das Blechumformteil
eingeformt werden. Sollte es die Anwendung erfordern, können jedoch
auch zusätzliche
Versteifungselemente wie Stege oder dergleichen vorgesehen werden.
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Bevorzugt
ist das Hohlprofil durch zwei miteinander verbundene, insbesondere
verschweißte, Halbschalen
mit U-förmigem
Querschnitt gebildet. Die beiden Halbschalen können insbesondere symmetrisch
ausgebildet sein, sodass sich die Verbindungsstelle auf halber Höhe des Hohlprofils
befindet. Alternativ kann das Hohlprofil auch durch eine U-förmige Halbschale
und ein mit dieser verbundenes, insbesondere verschweißtes, Plattenelement
gebildet sein. Das Plattenelement kann je nach Anwendung wahlweise
den Boden oder den Deckel des Hohlprofils bilden. Die verschweißten Halbschalen bilden
eine verwindungssteife und selbsttragende Schalenstruktur.
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Das
Hohlprofil kann an einer Stirnseite einen umlaufenden Verbindungssteg
mit Gewindebohrungen aufweisen. Dies erleichtert das lösbare Anbringen
der vorderen oder der hinteren Baugruppe an dem Hohlprofil, also
an der mittleren Baugruppe.
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Gemäß einer
Ausführungsform
weist das Hohlprofil wenigstens einen Einschubabschnitt zur Aufnahme
eines Kraftstofftanks und/oder eines Harnstofftanks des Nutzfahrzeugs
auf. Somit können
die Tanks direkt in das Hohlprofil integriert werden, womit die
Notwendigkeit für üblicherweise
vorzusehende Seitenkonsolen entfällt.
Das Fahrgestell kann mittels weiteren konstruktiven Maßnahmen
vor Korrosion geschützt
werden. Beispielsweise kann eine im Wesentlichen vollständig geschlossene
Bauweise für das
Hohlprofil vorgesehen sein, um eine dynamische Dichtheit des Fahrzeugs
sicherzustellen. Die Antriebswelle kann dabei mittels Balgdurchführungen zur
Hinterachse geführt
sein.
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Das
Hohlprofil besteht vorzugsweise aus einem gewalzten und gebogenen
Verbundblech. Mit einem derartigen Verbundblech können sowohl
die Festigkeitsvorgaben wie auch die gewünschte Gewichtsreduktion erreicht
werden. Vorzugsweise ist das Verbundblech quer zur Walzrichtung
gebogen. Dies erhöht
die Festigkeit des Gesamtaufbaus weiter.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfasst die vordere Baugruppe ein die Längsträger verbindendes
Querträgerelement,
welches als Gussbauteil oder als Blechbauteil ausgebildet sein kann.
Bevorzugt ist das Querträgerelement
als Kombination hiervon (d. h. in Mischbauweise) realisiert, um
bei geringem Gewicht eine hohe Festigkeit zu erzielen und zugleich
die erforderliche Verbindungsstelle (beispielsweise für Lenkgetriebe,
Vorderachsaufhängung)
bereitzustellen.
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Die
Längsträger der
vorderen Baugruppe oder die Längsträger der
hinteren Baugruppe können eine
jeweilige trichterförmige
Erweiterung für
eine Verbindung mit der mittleren Baugruppe umfassen. Auf diese
Weise kann eine besonders stabile Schweißverbindung zur Bildung der
unlösbaren
Verbindungsstelle geschaffen werden. In den trichterförmigen Erweiterungen
kann ferner je eine Aufnahme für
die Lagerung der Antriebsaggregate eingearbeitet sein.
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Die
hintere Baugruppe kann wenigstens ein die Längsträger verbindendes Querträgerelement aus
Blech umfassen. Vorzugsweise ist je ein Querträgerelement aus Blech am vorderen
und am hinteren Ende der hinteren Baugruppe vorgesehen.
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Die
vordere Baugruppe kann eine die Längsträger verbindende Querbrücke umfassen,
welche insbesondere im Bereich der Verbindungsstelle mit der mittleren
Baugruppe auf die Längsträger aufgeschraubt
ist. Die Querbrücke
kann für
die hintere Fahrerhauslagerung herangezogen werden. Zusätzlich kann
jeder Längsträger der
vorderen Baugruppe eine eingearbeitete Aufnahme für die Lagerung
der Antriebsaggregate, eine Konsole für den Schwingungsdämpfer sowie
an der Unterseite Aufnahmen für
die Fahrwerksaufhängung
(z. B. Blattfedern) umfassen, welche im Fahrgestell direkt unter
den Längsträgern angeordnet
sind.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert; in
diesen zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrgestells;
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2 eine
Seitenansicht des Fahrgestells aus 1;
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3 eine
Draufsicht auf das Fahrgestell aus 1;
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4 eine
Vorderansicht des Fahrgestells aus 1;
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5 eine
Querschnittsansicht eines Hohlprofils, das eine Baugruppe des Fahrgestells
aus 1 bildet; und
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6 eine
perspektivische Darstellung des Hohlprofils aus 5 ohne
obere Halbschale.
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In
den 1–4 ist
beispielhaft ein erfindungsgemäßes Fahrgestell
für eine
4 × 2-Sattelzugmaschine
dargestellt. Entlang der Fahrzeuglängsachse A (3)
ist das Fahrgestell in eine vordere Baugruppe 10, eine
mittlere Baugruppe 12 und eine hintere Baugruppe 14 aufgeteilt.
Die vordere Baugruppe 10 ist dem Vorderachsbereich der
Sattelzugmaschine zugeordnet, wohingegen die hintere Baugruppe 14 dem
Hinterachsbereich der Sattelzugmaschine zugeordnet ist. Die vordere
Baugruppe 10 umfasst zwei quer zur Fahrzeuglängsachse
A voneinander beabstandete Längsträger 16,
die aus bereichsweise geschlossenen Profilteilen, insbesondere Blechprofilteilen,
ausgebildet sind. Am vorderen Endabschnitt 20 der vorderen
Baugruppe 10 sind die Längsträger 16 durch
ein Querträgerelement 22 verbunden.
Das Querträgerelement 22 ist
eine Kombination aus einem Blechteil 21 sowie zwei Gussteilen 25 und
ist an die vordere Stirnseite 23 der Längsträger 16 angeschraubt.
Im Bereich des hinteren Endabschnitts 24 der Längsträger 16 ist
eine Querbrücke 26 für die hintere
Fahrerhaus lagerung angeordnet. Jeder der beiden Längsträger 16 weist
zudem an dem hinteren Endabschnitt 24 eine trichterförmige Erweiterung 36 als
Verbindungselement zu der mittleren Baugruppe 12 auf. In
die Erweiterungen 36 ist je eine Aufnahme 38 für die Aggregatelagerung
eingearbeitet. Weiterhin ist auch im vorderen Bereich der Längsträger 16 eine
jeweilige Aufnahme 39 eingearbeitet. An der Unterseite 32 der
Längsträger 16 können ferner
Aufnahmen (nicht dargestellt) für
die Fahrwerksaufhängung
vorgesehen sein.
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Die
mittlere Baugruppe 12 ist aus Blechumformteilen aus einem
gewalzten und gebogenen Verbundblech hergestellt. Zum Herstellen
des Verbundblechs wird beispielsweise ein Grundblech mit einer Stärke von
mehr als 1 mm durch einen Schneidprozess vorgefertigt, durch Formstanzen
mit Versteifungssicken 118 versehen und danach mit einem Deckblech
verbunden, beispielsweise durch einen Schweißprozess. Das Deckblech weist
vorzugsweise eine Stärke
von weniger als 1 mm auf. Anschließend werden die miteinander
verbundenen Bleche durch einen Rollprozess in zwei Flächenrichtungen
gewölbt,
sodass ein breites mittleres und zwei schmale gewölbte rechteckige
Teilsegmente mit zwei geraden Bereichen in Fahrzeuglängsrichtung
A entstehen. Weiterhin werden die verbundenen Bleche jeweils in den
geraden Bereichen entlang zweier Biegekanten 41 umgebogen,
sodass letztendlich eine U-förmige Halbschale 40 entsteht.
Die Biegekanten 41 verlaufen in Fahrzeuglängsrichtung
A und quer zur Walzrichtung der Bleche. Zwei derartige Halbschalen 40 werden
stumpf verschweißt,
um ein quaderartiges Hohlprofil 44 mit einer im Wesentlichen
geschlossenen Umfangsfläche 62 sowie
einer vorderen Durchgangsöffnung 63 und
einer hinteren Durchgangsöffnung 64 zu
bilden. Bei den beiden Halbschalen 40 handelt es sich vorzugsweise
um Gleichteile. An der hinteren Stirnseite 46 des Hohlprofils 44 kann
ein mit Gewindebohrungen versehener geschlossener Steg (nicht dargestellt)
aufgeschweißt sein,
an dem die hintere Baugruppe 14 festgeschraubt werden kann. Die
vordere Stirnseite 48 des Hohlprofils 44 ist durch eine
umlaufende Bördelung
(ebenfalls nicht dargestellt) versteift und mit der vorderen Baugruppe 10 verschweißt. An den
inneren Seitenflächen 60 des Hohlprofils 44 sind
im Bereich der Biegekanten 41 im Grundblech mitgeformte
Einschubabschnitte 70 (5) für die Kraftstofftanks,
Harnstofftanks beziehungsweise für
Energiespeicher verschiedenster Bauweisen vorgesehen.
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6 zeigt
den Aufbau des Hohlprofils 44 aus einer inneren Versteifungsstruktur 114 und
einer dünnen
Außenhülle 116 mit
mehreren eingeformten Versteifungssicken 118. Die obere
Halbschale 40 ist in dieser Darstellung weggelassen.
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Wie
insbesondere aus den 1 bis 3 erkennbar
ist, besteht die hintere Baueinheit 14 aus zwei kurzen
Längsträgern 68 aus
im Wesentlichen geschlossenen Profilelementen, welche im hinteren Endabschnitt 72 durch
einen Blechquerträger 80 und im
vorderen Endabschnitt 74 durch einen weiteren Blechquerträger (in
den Figuren nicht sichtbar) fest miteinander verbunden sind. Im
Bereich des vorderen Endabschnitts 74 der Längsträger 68 sind
Winkelaussteifungen 88 sowie nicht dargestellte Anschraubaufnahmen
für den
Dreieckslenker der Fahrzeug-Hinterachse angebracht. An der Unterseite
der Längsträger 68 können ferner
zwei jeweilige tellerförmige
Aufnahmen 89 (3) für die Luftfederbälge der
Hinterachsfederung vorgesehen sein. Der vordere Blechquerträger und
die Längsträger 68 können fest
mit umschließenden
Blecherweiterungen verbunden sein. An der vorderen Stirnseite der
Längsträger 68 kann
zur Verbindung mit der mittleren Baugruppe 12 entweder
ein geschlossener Bohrungssteg oder eine umlaufende Bördelung
vorgesehen sein. An der Innenseite der hinteren Längsträger 68 kann
ferner eine jeweilige Verschraubungsleiste (nicht dargestellt) für die Befestigung
einer Sattelkupplung angebracht sein.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
ist die vordere Baugruppe 10 an einer vorderen Verbindungsstelle 11 mit
der mittleren Baugruppe 12 verschweißt, während die hintere Baugruppe 14 an
einer hinteren Verbindungsstelle 13 mit der mittleren Baugruppe 12 verschraubt
ist. Die Verbindungsstelle 13 zwischen der mittleren Baugruppe 12 und
der hinteren Baugruppe 14 ist also lösbar und ermöglicht es so,
unterzubringende Fahrzeugkomponenten von hinten in das Hohlprofil 44 einzusetzen.
Alternativ kann auch ein Einsetzen der jeweiligen Bauelemente von
vorne vorgesehen sein, wobei dann die Verbindungsstelle 11 zwischen
der vorderen Baugruppe 10 und der mittleren Baugruppe 12 lösbar auszubilden ist.
Es ist also jeweils eine der beiden Verbindungsstellen 11, 13 zwischen
den einzelnen Baugruppen 10, 12, 14 lösbar und
die jeweils andere der Verbindungsstellen 11, 13 unlösbar. Wie
vorstehend erwähnt
kann das Hohlprofil 44 insbesondere dazu vorgesehen sein,
einen oder mehrere Kraftstofftanks sowie einen Harnstofftank des
Nutzfahrzeugs aufzunehmen. Die Antriebsgelenkwelle des Nutzfahrzeugs kann
zwischen zwei Tanks durch das Hohlprofil 44 hindurch zur
Hinterachse geführt
werden.
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Vorzugsweise
sind die vordere und die hintere Stirnseite des Hohlprofils 44 (in
den Figuren offen dargestellt) insbesondere durch nichttragende
Elemente abgedichtet, wobei Durchführungen beispielsweise für die Antriebswelle
vorgesehen sein können.
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Die
Ausbildung eines Fahrgestells für
Nutzfahrzeuge in der vorstehend beschriebenen Mischbauweise ermöglicht einerseits
eine Gewichtsreduktion in Bezug auf herkömmliche Fahrgestellarten und steigert
andererseits die Torsionssteifigkeit des Gesamtaufbaus. Der modulartige
Grundaufbau sowie die durch die mittlere Baugruppe bereitgestellte
Monocoque-Struktur
sind in besonderer Weise für
die flexible Unterbringung unterschiedlicher Kraftstoff-, Energiespeicher-
und Abgaskomponenten geeignet, was vor allem hinsichtlich alternativer
Antriebskonzepte von Vorteil ist.
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- 10
- vordere
Baugruppe
- 11
- Verbindungsstelle
- 12
- mittlere
Baugruppe
- 13
- Verbindungsstelle
- 14
- hintere
Baugruppe
- 16
- Längsträger
- 20
- vorderer
Endabschnitt
- 21
- Blechteil
- 22
- Querträgerelement
- 23
- vordere
Stirnseite
- 24
- hinterer
Endabschnitt
- 25
- Gussteil
- 26
- Querbrücke
- 32
- Unterseite
- 36
- trichterförmige Erweiterung
- 38
- Aufnahme
- 39
- Aufnahme
- 40
- Halbschale
- 41
- Biegekante
- 44
- Hohlprofil
- 46
- hintere
Stirnseite
- 48
- vordere
Stirnseite
- 60
- Seitenfläche
- 62
- Umfangsfläche
- 63
- vordere
Durchgangsöffnung
- 64
- hintere
Durchgangsöffnung
- 68
- Längsträger
- 70
- Einschubabschnitt
- 72
- hinterer
Endabschnitt
- 74
- vorderer
Endabschnitt
- 80
- Blechquerträger
- 88
- Winkelaussteifung
- 89
- tellerförmige Aufnahme
- 114
- innere
Versteifungsstruktur
- 116
- Außenhülle
- 118
- Versteifungssicke
- A
- Fahrzeuglängsachse