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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Trägerprofil eines Fahrgestellrahmens,
insbesondere eines Nutzfahrzeugs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1.
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In
Busfahrzeugen moderner Bauart, unabhängig davon, ob der
Omnibus als Stadtbus, Überlandbus oder Reisebus verwendet
wird, ist im Bereich der wenigstens einen hinteren Achse der Motor und
der dazugehörige Antriebsstrang angeordnet. Vorwiegend
hinter der Hinterachse des Omnibusses befindet sich zusätzlich
das Kühlaggregat zur Kühlung des Antriebsmotors.
Die Luftkühlungs- und Klimaanlage für den Innenraum
des Omnibusses befindet sich in vielen Fahrzeugen des Stands der
Technik ebenfalls oberhalb der wenigstens einen hinteren Achse des
Omnibusses. Die Anordnung der vorgenannten betriebswichtigen Aggregate
des Omnibusses im hinteren Bereich des Fahrzeugs sowie das beladbare
Gepäckfach zwischen der vorderen Achse und der wenigstens
einen Hinterachse machen es erforderlich, das Leergewicht des Omnibusses
nach Möglichkeit zu reduzieren.
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Aus
der
DE 10 2005
015 423 A1 ist ein Schlussquerträger für
ein Nutzfahrzeug mit einem, zwei Längsträger aufweisenden
Fahrzeugrahmen bekannt. Der Schlussquerträger ist dabei
als einstückiges, im Wesentlichen U-förmig ausgebildetes
Profilteil mit einem Mittelsteg und beiderseits an den Längskanten
des Mittelstegs anschließenden Flanschleisten vorgesehen.
An dem Schlussquerträger sind stirnseitig Befestigungsfahnen
angeordnet, wobei obere und untere Befestigungsfahnen jeweils von den
beiden Flanschleisten und beidseitig, jeweils eine zumindest annähernd
in Querrichtung zu den oberen und unteren Befestigungsfahnen verlaufende vertikale
Befestigungsfahne von dem Mittelsteg des U-Profils hervorstehen.
An den Befestigungsfahnen sind Löcher vorgesehen, von denen
die in den oberen und unteren Befestigungsfahnen befindliche Löcher
jeweils in einer oberen und einer unteren Befestigungsebene angeordnet
sind. Die beidseitig des Mittelstegs angeordneten vertikalen Befestigungsfahnen
erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe
des Mittelstegs und weisen zwei Löcher auf. Die Löcher
sind jeweils in der oberen und unteren Befestigungsebene an der
oberen und unteren Befestigungsfahne angeordnet.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Omnibusfahrgestell zu schaffen,
das ein möglichst geringes Eigengewicht aufweist, um die
Nutzlast des Fahrzeugs entsprechend dem zulässigen Gesamtgewicht
möglichst gut nutzen zu können.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der
erfindungsgemäße Fahrgestellrahmen umfasst wenigstens
ein Trägerprofil. Das Trägerprofil kann ein Querträger
oder ein Längsträger sein, wobei mehrere Quer-
und/oder Längsträger in Längsrichtung
oder quer zueinander verbunden sind. Die Erfindung sieht ebenfalls
vor, einen oder mehrere Querträger rechtwinklig mit einem
oder mehreren Längsträgern zu verbinden. Die Querträger
und/oder die Längsträger weisen einen horizontal
oder vertikal verlaufenden Steg auf und rechtwinklig zu dem Steg wenigstens
eine Schulter. Der Steg und die wenigstens eine Schulter sind form-,
stoff- oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Längs-
und/oder Querträger können auch in der Weise miteinander
verbunden sein, dass die Stege der beiden Trägerprofile
flächig aneinander liegen. Denkbar ist auch, dass die Schulter
des einen Trägerprofils mit der Schulter des anderen Trägerprofils
flächig verbunden ist oder die Schulter des einen Trägerprofils
mit dem Steg des anderen Trägerprofils in Verbindung steht.
In Längsrichtung gesehen weist das Trägerprofil
an den beiden gegenüberliegenden Enden je einen Stoßbereich
auf. Mit dem Stoßbereich kann ein Trägerprofil rechtwinklig
an einem anderen Trägerprofil befestigt sein. Es ist aber
auch vorstellbar, dass das eine Trägerprofil mit seinem
Stoßbereich in axialer Richtung an den Stoßbereich
eines anderen Trägerprofils anschließt und somit
eine Verbindung zwischen beiden Trägerprofilen herstellbar
ist. An einem Längs- und/oder Querträger können
alternativ auch zwei parallele Stege über Schultern miteinander
verbunden sein und ein innen hohles Trägerprofil bilden.
Zur Verbindung zweier aneinander anstoßender Trägerprofile
können Verbindungsschuhe vorgesehen sein. Im Weiteren wird
von der rechtwinkligen Anordnung eines Querträgers an einem
Längsträger ausgegangen. Der Querträger
ist dabei über seinen Stoßbereich fest mit dem
Steg des Längsträgers verbunden. Im Allgemeinen
können Trägerprofile tragende und nicht-tragende
Bauteile sein, wie z. B. Querträger, Längsträger,
Spante und ähnliche im Fahrzeugbau übliche Bauteile.
Die Krafteinleitung im Stoßbereich zwischen den miteinander
verbindbaren Trägerprofilen erfolgt über gekrümmte
und/oder sich kreuzende Strukturbahnen. Diese Strukturbahnen bilden
die so genannten Zug- und Drucktrajektorien. Durch sie werden die
Kräfte mit dem geringsten Materialaufwand auf die aneinander
anstoßenden Trägerprofile verteilt. Die gekrümmten
Zug- und Drucktrajektorien haben ihren Ausgangspunkt im jeweiligen
Stoßbereich des Trägerprofils, auf das die Kräfte übertragen werden
sollen. Hierdurch ergeben sich naturähnliche Zug- und Drucktrajektorien,
die eine optimierte Werkstoffausnutzung innerhalb des Trägerprofils
und eine gleichmäßige Spannungsverteilung ermöglichen.
Bei den Zug- und Drucktrajektorien handelt es sich um gedachte Linien, die
in der Ebene des Stegs oder der Schulter verlaufen und die den Verlauf
des Kraftflusses widerspiegeln, wenn zwei Trägerprofile
miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß verlaufen
die Zug- bzw. die Drucktrajektorien in Form einer Parabel. In einem
Trägerprofil können beliebig viele Zug- und/oder
Drucktrajektorien verlaufen. Die Zug- und Drucktrajektorien können
jeweils einen gemeinsamen Ursprung oder aber unterschiedliche Ursprünge besitzen.
Je ein Zug- und/oder Drucktrajektor kann wenigstens einen Schnittpunkt
mit einem weiteren Zug- und Drucktrajektor aufweisen. Im Bereich
des Schnittpunktes eines Zugtrajektors mit einem Drucktrajektor
wird in die Ebene des Stegs wenigstens ein Durchbruch eingebracht.
Der wenigstens eine Durchbruch wird in der Ebene des Stegs an zumindest
zwei Seiten von je einem Zug- oder Drucktrajektor begrenzt. Die
Schnittpunkte zwischen den Zug- und/oder Drucktrajektorien können
in der Ebene des Stegs verlaufen oder aber außerhalb des
Stegs des Trägerprofils angeordnet sein. Die Durchbrüche
sind im Bereich des Schnittpunktes von je einem Zug- und/oder Drucktrajektor
als Parabelkerbe ausgebildet und setzen dadurch den Kraftrichtungswechsel naturrichtig
um. Durch den Einsatz von Parabelkerben im Bereich des Schnittpunktes
aus Zug- und/oder Drucktrajektorien ist das Spannungsniveau im Bereich
der Ebene des Trägerprofils deutlich reduzierbar und erreicht
somit eine erhöhte Dauerfestigkeit des Trägerprofils.
Erfindungsgemäß kann eine deutliche Gewichtsreduzierung
des Trägerprofils erreicht werden, zusätzlich
kann die Kerbwirkung in den Durchbrüchen der Trägerprofile
verringert werden.
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In
einer anderen Ausführungsform der Erfindung verlaufen die
Zug- und/oder Drucktrajektorien in logarithmischen Spiralbahnen.
Zur Verringerung des Gewichts der Konstruktion können die
Durchbrüche in den Trägerprofilen auch in elliptischer
Form ausgebildet sein oder in anderen gekrümmten geometrischen
Formen (z. B. Kreisen) angenährt werden. Die im Stoßbereich
zwischen zwei Trägerprofilen angreifenden Kräfte
werden auf gekrümmte Bahnen Idealerweise in zentripetal
wirkende Kräfte umgewandelt.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es daher
denkbar, dass die Zug- und/oder Drucktrajektorien in Ellipsen oder
Parabeln verlaufen.
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Eine
zusätzliche Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, dass der Verlauf der Zug- und/oder Drucktrajektorien symmetrisch
oder asymmetrisch ist. Beim symmetrischen Verlauf der Zug- und/oder Drucktrajektorien
liegen die Schnittpunkte der Zug- und/oder Drucktrajektorien auf
einer gedachten Geraden. Im Weiteren wird jedoch von einem asymmetrischen
Verlauf ausgegangen, bei dem die Schnittpunkte der Zug- bzw. Drucktrajektorien
auf einer Kurve liegen. Die Krümmung dieser Kurve läuft
dabei der eingeleiteten Kraft entgegen. Bei der Einwirkung von Biegemomenten
in die Trägerprofile kommen die Schnittpunkte der Zug-.
und/oder Drucktrajektorien so zu liegen, dass jeweils gegenläufige
Kurven gebildet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die
Durchbrüche spitze Winkel auf. Die Winkel können
dabei jeden Winkel kleiner als 90° annehmen. Starke Spannungsspitzen
z. B. in Winkeln < 90° im
Material des Trägerprofils werden durch parabelförmige Übergänge
erfolgreich vermieden, wodurch sich die Dauerfestigkeit des Trägerprofils
deutlich erhöht.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen
des erfindungsgemäßen Trägerprofils sind
aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung
näher entnehmbar.
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Hierbei
zeigen:
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1 den
Verbund aus mehreren erfindungsgemäßen Querträgern
mit zwei parallelen Längsträgern,
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2 die
erfindungsgemäßen Trägerprofile, entsprechend 1 mit
eingezeichneten Zug- und Drucktrajektorien,
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3 in
perspektivischer Darstellung zwei zueinander parallele Längsträger
mit erfindungsgemäßen Querträgern,
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4 in
vereinfachter Darstellung den Bereich des Schnittpunktes zwischen
Zug- und Drucktrajektor und
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5 in
vergleichender Darstellung die Kerbwirkung anhand einer Parabelkerbe
und einer kreisförmigen Kerbe.
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1 zeigt
die Vorderansicht mehrerer Trägerprofile 1, wobei
drei Querträger 2 mit ihren Stoßbereichen 3 an
den Innenflächen 4 bzw. den Außenflächen 5 des
Stegs 6 des Rahmenlängsträgers 7 angeordnet
sind. Die Trägerprofile weisen dabei Stege 6 auf,
die rechtwinklig mit Schultern 8 verbunden sind. In der 1 sind
die Querträger 2 in etwa rechtwinklig mit den
Längsträgern 7 verbunden. 1 stellt
beispielhaft die Trägerprofilkonstruktion eines Busses
dar, wobei links und rechts außerhalb der Außenflächen 5 der
Längsträger 7 Querträger 2 angeordnet
sind, an die außen die Seitenwand (nicht gezeigt) des Busses
angebunden ist. In der Ebene 9 des Trägerprofils 1 verlaufen
die Zugtrajektorien 10 und die Drucktrajektorien 11.
Den Zugtrajektorien 10 und den Drucktrajektorien 11 ist
in 1 je ein gemeinsamer Ausgangspunkt 12; 13 zugeordnet.
Den Zug- bzw. Drucktrajektorien 10; 11 können
jeweils auch unterschiedliche Ausgangspunkte 12; 13 zugehören.
Die Ausgangspunkte 12; 13 nehmen ihren Ursprung
im Stoßbereich 3 des Trägerprofils 1.
Die Zugtrajektorien 10 und die Drucktrajektorien 11 verlaufen
gekrümmt, wobei sich an den Querträgern 21 je
ein Zugtrajektor 10 mit jeweils drei Drucktrajektorien 11 in
den Schnittpunkten 14 schneidet und je ein Drucktrajektor 11 mit
je drei Zugtrajektorien 10 in den Schnittpunkten 14 trifft.
Zwischen den Zugtrajektorien 10 und den Drucktrajektorien 11 sind
im Trägerprofil 1 Durchbrüche 15 vorgesehen.
Die Schenkel 16 der Zugtrajektorien 10 und der
Drucktrajektorien 11 weisen im Bereich 17 der
Schnittpunkte 14 jeweils die Form einer Parabelkerbe 18 auf.
Die Zugtrajektorien 10 und die Drucktrajektorien 11 widerspiegeln
in der 1 den Verlauf des Kraftflusses zwischen den einzelnen
Trägerprofilen 1.
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2 zeigt
vergleichbar mit der 1 ein Verbund aus mehreren Trägerprofilen 1,
wobei in der 2 drei Querträger 2 sowie
zwei zueinander parallele Längsträger 7 dargestellt
sind. In den Ebenen 9 der Querträger 2 sind
die Zugtrajektorien 10 und die Drucktrajektorien 11 dargestellt.
Die Zugtrajektorien 10 und die Drucktrajektorien 11 verlaufen
in 2 asymmetrisch zueinander, was daran zu erkennen ist,
dass die die Schnittpunkte 14 auf einer gekrümmten
Bahn 19 liegen. In die Ebenen 9 der Trägerprofile 1 sind
Durchbrüche 15 einbringbar, wobei die Durchbrüche 15 jeweils
von Zugtrajektorien 10 und/oder Drucktrajektorien 11 und/oder
durch die Schultern 8 und/oder die Stoßbereiche 3 der
Trägerprofile 1 begrenzbar sind.
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3 zeigt
einen Verbund aus unterschiedlichen Trägerprofilen 1,
wobei je zwei parallele Längsträger 7 und
drei Querträger 2 dargestellt sind. Die Querträger 2 verlaufen
dabei axial versetzt zueinander. Querträger 2 und
Längsträger 7 sind in 3 durch
Verbindungsschuhe 20 miteinander verbunden. Die Verbindungsschuhe 20 sind
dabei mit den jeweiligen Trägerprofilen 1 verschraubt.
In die Verbindungsschuhe 20 und die Trägerprofile 1 sind
erfindungsgemäße Durchbrüche 15 angeordnet.
Die Durchbrüche 15 sind von den Zugtrajektorien 10,
den Drucktrajektorien 11 und den Stoßbereichen 3 sowie den
Schultern 8 der jeweiligen Trägerprofile 1 gegeneinander
abgegrenzt. Die Verbindung der beiden Längsträger 7 mit
den beiden Querträgern 21 verläuft derart,
dass die Querträger 21 mit ihren Stoßbereichen 3 an
den Außenflächen 5 der Stege 6 der Längsträger 7 anstoßen.
Die Krafteinleitung von den Längsträgern 7 in
die Querträger 21; 22 verläuft
entsprechend den Zugtrajektorien 10 und den Drucktrajektorien 11.
In der 3 nehmen die Zugtrajektorien 10 und die
Drucktrajektorien 11 der Querträger 21 und 22 ihren
Ausgangspunkt in den Stoßbereichen 3 der Querträger 21 und 22.
Eingerahmt zwischen den Zugtrajektorien 10 und den Drucktrajektorien 11 sowie
den Schultern 8 und den Stoßbereichen 3 der Querträger 21; 22 sind
die Durchbrüche 15 angeordnet. Zwischen den Schenkeln 16 der
Zugtrajektorien 10 und/oder der Drucktrajektorien 11 liegen
in den Bereichen 17 die Schnittpunkte 14, in denen
sich der Zugtrajektor 10 mit dem Drucktrajektor 11 schneidet. Im
Bereich 17 der Schenkel 16 der Zugtrajektorien 10 und
der Drucktrajektorien 11 sind die Schnittpunkte 14 als
Parabelkerben 18 ausgebildet. Im Bereich zwischen den Zugtrajektorien 10 und
den Drucktrajektorien 11 sowie den Stoßbereichen 3 bzw.
den Schultern 8 weisen die Durchbrüche 15 in
der 3 in etwa eine dreieckige oder eine viereckige
Form auf. Die Durchbrüche 15 in der Ebene 9 der
Trägerprofile 1 können aber auch jede
andere geometrische Form annehmen. In der Verbindung der Längsträger 7 mit den
Querträgern 21 verläuft die Krafteinleitung
in die Querträger 21 entsprechend den in der Ebene 9 der Querträger 21 verlaufenden
Zugtrajektorien 10 und Drucktrajektorien 11. Die
Krafteinleitung aus den beiden Längsträgern 7 in
den Querträger 22 verläuft entsprechend
den Zugtrajektorien 10 und Drucktrajektorien 11 in
der Ebene 9 des Querträgers 22 z. B. über Verbindungsschuhe 20 oder
auf ähnliche Art und Weise.
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4 zeigt
den Schnittpunkt 14 im Bereich 17 zwischen einem
Zugtrajektor 10 und einem Drucktrajektor 11. Die
beiden Schenkel 16 des Zugtrajektors 10 bzw. des
Drucktrajektors 11 bilden dabei eine Parabelkerbe 18.
Im Vergleich zur Parabelkerbe 18 ist in 4 im
Bereich 17 in gestrichelter Linie ein kreisförmiger
Radius 23 des Schnittpunktes 14 zwischen dem Zugtrajektor 10 und
dem Drucktrajektor 11 eingezeichnet. Die Parabelkerbe 18 wird
beispielhaft durch einen Kraftverlauf entsprechend der Pfeile f
belastet. Auf der anderen Seite des Schnittpunktes 14 zwischen
dem Zugtrajektor 10 und dem Drucktrajektor 11 sind
die beiden genannten Trajektoren 10, 11 zu einem
einzigen Zug-Druck-Trajektor 24 vereinigt. Im Fall einer
Parabelkerbe 18 liegt der Spannungsverlauf zwischen dem
Zugtrajektor 10 und dem Drucktrajektor 11 in der
Ebene 9 des Trägerprofils 1 im Bereich 25 (vgl.
yyyyy). Im Fall einer kreisförmigen Kerbe 28 ist
der Spannungsverlauf im Schnittpunkt 14 auf die beiden
Bereiche 26; 27 aufgeteilt (vgl xxxxx).
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5 zeigt
den Spannungsverlauf in einer Parallelkerbe 18 und einer
Kreiskerbe 28 in einem Koordinatensystem. Auf der Y-Achse
ist dabei der Spannungsverlauf 29 in N/mm·2 abgetragen
und auf der X-Achse die Länge des Schenkels 16 des
Zugtrajektors 10 bzw. des Drucktrajektors 11.
In Anlehnung an die vorhergehende 4 ist in 5 dargestellt, dass
der Spannungsverlauf 29 der Kreiskerbe 28 gegenüber
der Parabelkerbe 18 zwei deutliche Spannungsspitzen 30 (entspricht
den Bereichen 26; 27 in 4) aufweist,
die jeweils links und rechts neben dem Schnittpunkt 14 der
beiden Schenkel 16 des Zugtrajektors 10 bzw. des
Drucktrajektors 11 liegen (vgl. 4). Der
Spannungsverlauf 29 der Parabelkerbe 18 weist
gegenüber der Kreiskerbe 28 wesentlich geringere
Spannungsspitzen 31 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trägerprofil
- 2
- Querträger
- 3
- Stoßbereich
- 4
- Innenfläche
des Stegs
- 5
- Außenfläche
des Stegs
- 6
- Steg
- 7
- Längsträger
- 8
- Schulter
- 9
- Ebene
des Trägerprofils
- 10
- Zugtrajektor
- 11
- Drucktrajektor
- 12
- Ausgangspunkt
- 13
- Ausgangspunkt
- 14
- Schnittpunkt
- 15
- Durchbruch
- 16
- Schenkel
- 17
- Bereich
des Schnittpunkts 14
- 18
- Parabelkerbe
- 19
- Gekrümmte
Bahn/Kurve
- 20
- Verbindungsschuh
- 21
- Querträger
- 22
- Querträger
- 23
- Radius
- 24
- Zugtrajektor
bzw. Drucktrajektor
- 25
- Bereich
(yyyyy)
- 26
- Bereich
(xxxxx)
- 27
- Bereich
(xxxxx)
- 28
- Kreiskerbe
- 29
- Spannungsverlauf
- 30
- Spannungsspitze
der Kreiskerbe
- 31
- Spannungsspitze
der Parabelkerbe
- f
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005015423
A1 [0003]
