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Die
Erfindung betrifft eine Anbindungskonsole, gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Kraftfahrzeug mit einer Anbindungskonsole
gemäß Anspruch 4 und ein Verfahren zu Herstellung
einer Anbindungskonsole gemäß Anspruch 5.
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Anbindungskonsolen
sind aus der Automobilindustrie in unterschiedlicher Ausgestaltung
bekannt. Sie dienen üblicherweise als Schnittstellenelemente
zur Befestigung von Anbauteilen an Tragstrukturen von Kraftfahrzeugen.
In vielen Fällen sind derartige Konsolen als metallische
Winkelelemente mit zwei oder mehr Flanschflächen ausgebildet,
Diese Flanschflächen weisen in der Regel Durchgangsöffnungen
für Schraubenbolzen, Nieten oder dergleichen Befestigungselemente
auf. Sie werden hauptsächlich zur festen Verbindung zueinander
abgewinkelt angeordneter Flächen zweier Bauteile an diesen Flanschflächen
verwendet. Besonders gängige Bauarten sind Gusswinkel sowie
aus Stahlblech tiefgezogene oder geschweißte Metallwinkel.
Um die Flanschflächen in einer definierten Lage zueinander zu
stabilisieren, weisen derartige Anbindungskonsolen oft Verstärkungselemente
auf, welche mitunter als Stegbleche ausgebildet sind. Insbesondere
im Nutzfahrzeugbereich werden an Anbindungskonsolen besonders hohe
Stabilitätsanforderungen gestellt. Dies erfordert den Einsatz
besonders leistungsfähiger Materialien mit hoher Festigkeit
oder aber besonders hohe Materialstärken. Andererseits müssen
die hohen Stabilitätsanforderungen im Hinblick auf einen
möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch mit einer gleichzeitig
erwünschten Gewichtsreduzierung in Einklang gebracht werden.
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Aus
der
DE 298 00368 U1 ist
eine gattungsgemäße Anbindungskonsole zur Befestigung
eines Anbauteils an einem Tragstrukturbauteil eines Kraftfahrzeugs
bekannt. Die Anbindungskonsole weist einen in Einbaulage am Tragstrukturbauteil
befestigten Tragabschnitt und einen daran angeschweißten,
in Einbaulage am Anbauteil befestigten Anbauabschnitt. Zwei als
Stegbleche ausgestaltete und am Anbau- und am Tragabschnitt durch
eine Schweißnaht befestigte Stützabschnitte sind
zwischen dem Tragabschnitt und dem Anbauabschnitt angeordnet. Der
Tragabschnitt, der Anbauabschnitt und der Stützabschnitt
sind jeweils als Wände mit im Wesentlichen planparallelen,
ebenen Flachseiten ausgebildet. Die vorgeschlagene Anbindungskonsole
ist baulich komplex. Ihre Fertigung in Großserie ist aufwendig
und die Montage ihrer Einzelteile vergleichsweise zeitintensiv.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anbindungskonsole anzugeben,
die bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit im Fahrbetrieb
im Hinblick auf eine rationelle und kostengünstige Großserienherstellung
weiter verbessert ist.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird eine Anbindungskonsole zur Befestigung
eines Anbauteils an einem Tragstrukturbauteil eines Kraftfahrzeugs
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Die Anbindungskonsole
umfasst einen in Einbaulage am Tragstrukturbauteil befestigten Tragabschnitt,
einen in Einbaulage am Anbauteil befestigten Anbauabschnitt und
mindestens einen zwischen dem Tragabschnitt und dem Anbauabschnitt
angeordneten Stützabschnitt. Der Tragabschnitt, der Anbauabschnitt
und der Stützabschnitt sind jeweils als Wände
ausgebildet und in Einbaulage fest untereinander verbunden. Der
Tragabschnitt, der Anbauabschnitt und der Stützabschnitt
sind darüber hinaus durch ein einstückiges Blechbiegeteil
gebildet. Der Stützabschnitt umfasst mindestens eine Verbindungslasche
mit einer Rastfläche. Der Tragabschnitt weist außerdem
eine Anlagefläche auf, an welcher die Rastfläche
in Einbaulage zumindest bereichsweise anliegt. Als ”einstückig” wird
hier ein Bauteil bezeichnet, welches aus einem Rohmaterial durch
Ur- oder Umformen und ohne Zuhilfenahme stoff-, kraft- oder formschlüssiger
Befestigungsschritte, wie zum Beispiel Schweißen, Kleben, Löten,
Schrauben oder Nieten gefertigt ist. Der Begriff ”Umformen” umfasst
Fertigungsschritte, bei denen aus einem formlosen oder flüssigen
Stoff ein fester Körper hergestellt wird. Darunter fallen
Herstellungsverfahren wie Gießen oder Sintern. ”Umformen” ist
hingegen ein Fertigungsverfahren, bei denen ein Festkörper
durch plastische Verformung in eine gewünschte Gestalt
gebracht wird. Beispiele hierfür sind Schmieden, Walzen,
Recken, Tiefziehen, Prägen oder Biegen. Das zur Lösung
der Aufgabe vorgeschlagene „Blechbiegeteil” ist
auf besonders einfache Weise durch bloßes Abwinkeln und
im Wesentlichen ohne sphärisches Ausformen aus einer vorzugsweise
ebenflächigen Blechplatine herstellbar. Dies führt
zu einer erheblich höheren Freiheit bei der Materialauswahl
als bei vergleichbaren Umformverfahren, wie beispielsweise dem Tiefziehen
Verfahrensgrenzen, wie ein maximales Tiefziehverhältnis oder
eine werkzeugbedingt eingeschränkte Materialstärke
einzuhalten sind. Die Realisierbarkeit besonders hoher Bauteilwandstärken
erlaubt eine Auslegung der Anbindungskonsole für Einsatzfelder
mit hoher Krafteinwirkung, wie sie gerade im Nutzfahrzeugbereich
häufig sind Biegen ist überdies ein Verfahren
bei dem mit verhältnismäßig geringem
technischem Aufwand und unter Aufwendung vergleichsweise geringer
Umformkräfte gearbeitet werden kann. Dies wirkt sich reduzierend
auf die Bauteilkosten aus. Beim Biegen findet eine nur eine geringfügige
Wandstärkenreduzierung im Bereich von Biegeradien auf.
Eine über weite Bereiche der Anbindungskonsole gleichmäßige
Wandstärke ohne lokale Ausdünnungen wirkt sich
positiv auf deren Belastbarkeit aus. Auch Kaltverfestigungen, wie
sie bei großflächigen plastischen – insbesondere
sphärischen – Umformungen üblich sind,
bleiben beim Biegen weitestgehend aus. Ein weiterer Vorteile der
vorschlagsgemäßen Anbindungskonsole ist eine besonders
hohe Materialhomogenität. Gegenüber Schweißkonstruktionen,
welche insbesondere aufgrund schweißnahbedingten Kerbwirkungen
geschwächt sind, zeichnet sich die vorgeschlagene Ausgestaltung
durch eine hohe Dauerfestigkeit aus. Eigenspannungen, welche üblicherweise
durch schweißnahbedingte Temperatureinbringung entstehen,
werden durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Anbindungskonsole ebenfalls vermieden. Besonders kosten reduzierend
gegenüber einer geschweißten oder verschraubten
Konstruktion wirkt sich beim Blechbiegeteil auch ein besonders rationeller
Fertigungsprozess aus, bei dem zeitintensive Fügeprozesse
entfallen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist sind der Tragabschnitt,
der Anbauabschnitt und der Stützabschnitt vorzugsweise
als Wände mit im Wesentlichen konstanter Wandstärke
und in etwa planparallelen, ebenen Flachseiten ausgebildet.
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Eine
vorschlagsgemäße flächige Anlage der Verbindungslasche
des Stützabschnitts am Tragabschnitt erlaubt eine Abstützung
zwischen beiden Abschnitten bei verhältnismäßig
geringer Flächenpressung. Dies wirkt sich positiv auf die
Dauerfestigkeit und die Belastbarkeit der Anbindungskonsole aus.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Anbindungskonsole gemäß Anspruch
2 ist sind zur Befestigung der Anbindungskonsole am Tragstrukturbauteil
in der Verbindungslasche eine erste und im Tragabschnitt eine zweite,
Durchgangsöffnung vorgesehen, wobei beide Durchgangsöffnungen
in Durchgangsrichtung in etwa fluchtend angeordnet sind. Durch die
vorgeschlagene Ausführungsvariante entsteht eine besonders
hohe Wandstärke der Anbindungskonsole im Bereich der Durchgangsöffnungen. Die
Wandstärke summiert sich hier aus der Wandstärke
des Tragabschnitts und der Wandstärke der Verbindungslasche.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Befestigung oder
Positionierung der Anbindungskonsole am Tragstrukturbauteil mittels
eines diese beiden Durchgangsöffnungen durchdringenden
Bolzens ausgeführt ist. Vorzugsweise ist die Anbindungskonsole
dann so auszulegen, dass diese Durchgangsöffnungen in Einbaulage
mit ihren Mittellängsachsen senkrecht zur Hauptbelastungsrichtung
der Anbindungskonsole angeordnet sind. Eine Mantelfläche
des Bolzens wird bei einer derartigen Anordnung über Wandungen
der Durchgangsöffnungen auf Druck belastet. Die Flächenpressung zwischen
den Wandungen der und der Mantelfläche des Bolzens ist
dabei durch die große Wandstärke der Anbindungskonsole
besonders gering. Eine Befestigung des Tragabschnitts am Stützabschnitt
ist überdies besonders Kosten sparend über eine
einzige, beide Durchgangsöffnungen durchdringende Schraub-,
Niet- oder Bolzenverbindung zur Befestigung der Anbindungskonsole
am Tragstrukturbauteil realisierbar. Die Verbindungslasche, das
Tragstrukturbauteil und der Tragabschnitt sind so über
eine einzige Schraube gegeneinander verspannbar. Die vorschlagsgemäße
Ausführungsform verleiht der Anbindungskonsole – im
Vergleich zu einer bloßen Anlage des Stützabschnitts
am Tragabschnitt – eine höhere Stabilität.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Anbindungskonsole
gemäß Anspruch 3 ist das Tragstrukturbauteil durch
einen Längsträger und das Anbauteil durch einen
Hilfsrahmen gebildet. Als ”Hilfsrahmen” sind hier
insbesondere Adapterkonstruktionen zu verstehen, über welche
eine Traglast an Tragstrukturen von Kraftfahrzeugen – insbesondere
Nutzfahrzeugen – befestigt werden können. Längsträger
ist vorzugsweise als Rahmenlängsträger – beispielsweise
eines Leiterrahmens – ausgelegt. Traglasten, die typischerweise über
einen Hilfsrahmen an Nutzfahrzeugen befestigt werden, sind Container,
Tanks, Mulden, Spezialaufbauten und dergleichen. Zumeist sind Hilfsrahmen über
Verstellmechanismen an unterschiedliche Traglasten und Tragstrukturen – vorzugsweise
an Längsträger oder Leiterrahmen – anpassbar.
Der Längsträger stellt in diesem Zusammenhang
ein zentrales und stabiles Tragstrukturbauteil dar. Er eignet sich daher
zur Einleitung von hohen besonders Kräften in die Tragstruktur.
Die vorschlagsgemäße Anbindungskonsole ist alternativ
auch als Krafteinleitungsschnittstelle am Hilfsrahmen einsetzbar.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird außerdem ein Kraftfahrzeug – insbesondere
ein Nutzfahrzeug – gemäß Anspruch 4 mit
einer Anbindungskonsole nach einem der Ansprüche 1 bis
3 vorgeschlagen. Die für die vorschlagsgemäße
Anbindungskonsole beschriebenen Vorteile ergeben sich sinngemäß auch
für das Kraftfahrzeug.
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Ferner
wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 5 zur Herstellung einer Anbindungskonsole nach einem
der Ansprüche 1 bis 4 vorgeschlagen. Als Halbzeug ist eine
ebenflächige, einstückige Blechplatine vorgesehen,
welche einen Tragabschnitt, einen sich daran anschließenden
Anbauabschnitt, einen mit dem Anbauabschnitt verbundenen Stützabschnitt
und eine hieran feste Verbindungslasche aufweist. Vorschlagsgemäß wird
in einem Schritt die Verbindungslasche gegenüber dem Stützabschnitt
abgewinkelt. In einem weiteren Schritt wird der Stützabschnitt
gegenüber dem Anbauabschnitt aufgestellt. In einem weiteren
Schritt wird der Tragabschnitt so gegenüber dem Anbauabschnitt
abgewinkelt, dass eine Flachseite des Tragabschnitts in etwa planparallel
zu einer Flachseite der Verbindungslasche angeordnet ist. Ein Vorteil
des vorgeschlagenen Verfahrens ist eine besonders einfache und schnelle
Herstellung der Anbindungskonsole unter Verwendung kostengünstiger Biegewerkzeuge.
Insbesondere ist die Anbindungskonsole mittels dieses Verfahrens
bei niedrigen Umformkräften mit vergleichsweise hohen Wandstärken herstellbar.
Die Verbindungslasche liegt nach Abschießen des dritten
Verfahrensschritts vorzugsweise flächig am Tragabschnitt
an.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens gemäß Anspruch
6 ist vorgesehen, dass die Schritte des Verfahrens in abweichender
Reihenfolge durchgeführt werden. Die Wahl einer bestimmten
Abfolge der beschriebenen Schritte ist insbesondere hinsichtlich
einer optimalen Nutzung vorhandener Biegewerkzeuge zu treffen.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist gemäß Anspruch
7 vorgesehen, dass die Verbindungslasche eine erste und der Tragabschnitt
eine zweite, Durchgangsöffnung aufweisen. Der Tragabschnitt
ist so gegenüber dem Anbauabschnitt so abzuwinkeln, dass
beide Durchgangsöffnungen in Durchgangsrichtung fluchtend
angeordnet sind. Die vorgeschlagene Ausführungsvariante
des Verfahrens hat insbesondere den Vorteil, dass die Durchgangsöffnungen,
welche vorzugsweise einer Befestigung der Anbindungskonsole an einem Tragstrukturbauteil
dienen, bereits in der Blechplatine vorgehalten sind. Ein im Vergleich
erheblich aufwendigeres, nachträgliches Perforieren des
Tragabschnitts und/oder der Verbindungslasche können damit
entfallen. Dies trägt maßgeblich zu einer Kostenreduzierung
bei einer Herstellung der Anbindungskonsole bei.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Anbindungskonsole sowie weitere
vorteilhafte Ausführungsformen der Verfahren zu ihrer Herstellung
ergeben sich aus Kombinationen der aus den Unteransprüchen,
der Zeichnung sowie der zugehörigen Figurenbeschreibung
hervorgehenden Merkmale.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher
erläutert. Dabei zeigen:
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1 in
perspektivischer Ansicht einen Teilbereich eines Kraftfahrzeugs
mit einer erfindungsgemäßen Anbindungskonsole,
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2 die
Anbindungskonsole gemäß 1 in perspektivischer
Ansicht und
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3 eine
zur Herstellung der Anbindungskonsole gemäß 1 vorgesehene
Blechplatine in Draufsicht.
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1 zeigt
einen Teilbereich eines hier nicht näher dargestellten
Kraftfahrzeugs 2 mit einer erfindungsgemäßen
Anbindungskonsole 4, einem Anbauteil 6 und einem
Tragstrukturbauteil 8 in perspektivischer Ansicht mit Blick
von vorne schräg in Richtung Fahrzeugheck. Im dargestellten
Koordinatensystem zeigt die x-Richtung in Fahrzeuglängsrichtung
des Kraftfahrzeugs 2, die y-Richtung zeigt in Fahrzeugquerrichtung
und die z-Richtung weist in Fahrzeughochrichtung. Das Tragstrukturbauteil 8 ist als
in x-Richtung ausgerichteter Längsträger mit einer
sich in Fahrzeughoch- und Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden
Seitenwand 3 ausgebildet. Das Anbauteil 6 ist
als Hilfsrahmen ausgeführt, von dem in dieser Darstellung
lediglich ein Längsträger 9 mit einem
fest damit verbundenen, in Fahrzeugquerrichtung abragenden Befestigungswinkel 7 sichtbar
ist. Die Anbindungskonsole 4 ist über Schraubverbindungen 11a und 11b an
der Seitenwand 3 bereichsweise flächig anliegend
befestigt und mittels einer Schraubverbindung 11c an ihrer
der Fahrbahn abgewandten Seite ebenfalls bereichsweise flächig
anliegend fest mit dem Befestigungswinkel 7 verbunden.
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2 zeigt
in perspektivischer Darstellung die Anbindungskonsole 4 gemäß 1.
x-, y-, und z-Richtung sind analog 1 ausgerichtet.
Die Anbindungskonsole 4 ist als einstückiges Blechbiegeteil hergestellt.
Sie weist einen normal zur Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten,
im Wesentlichen ebenen Tragabschnitt 10, einen hierzu in
etwa um 90 Grad in Fahrzeugquerrichtung abgewinkelten, ebenfalls
ebenen Anbauabschnitt 12 und mit diesem fest verbundene
Stützabschnitte 14a und 14b auf. Die Stützabschnitte 14a und 14b erstrecken
sich im Wesentlichen in Fahrzeugquer- und Fahrzeughochrichtung.
Einstückig mit den Stützabschnitten 14a und 14b verbunden
und wiederum um etwa 90 Grad zu diesen abgewinkelt schließen
sich Verbindungslaschen 16a und 16b an die Stützabschnitte 14a und 14b an.
Die Verbindungslaschen 16a und 16b liegen bereichsweise
flächig am Tragabschnitt 10 an. Der Anbindungsabschnitt 12 weist
in etwa flächenmittig eine als Langloch ausgestaltete,
zur Befestigung an dem in 1 dargestellten
Befestigungswinkel 7 vorgesehene Durchgangsöffnung 20 auf.
Die Durchgangsöffnung 20 dient zur Durchführung
eines Schraubenbolzens der in 1 gezeigten
Schraubverbindung 11c. In Tragabschnitt 10 sind
zwei Durchgangsöffnungen 18b und 18d eingebracht.
Die Verbindungsabschnitte 16a und 16b weisen weitere, hierzu ähnlich
dimensionierte Durchgangsöffnungen 18a und 18c auf.
Dabei sind die Durchgangsöffnungen 18a und 18b,
ebenso wie die Durchgangsöffnungen 18c und 18d jeweils
paarweise in Durchgangsrichtung fluchtend angeordnet. Die Durchgangsöffnungen 18a bis 18d sind
zur Befestigung der Anbindungskonsole 4 an dem in 1 dargestellten Tragstrukturbauteil
vorgesehen. Sie dienen zur Durchführung von Schraubenbolzen
der in 1 gezeigten Schraubverbindungen 11a und 11b.
Der Tragabschnitt 10 und der Anbauabschnitt 12 liegen
in der in 1 dargestellten Einbaulage am
Befestigungswinkel 7 und der Seitenwand 3 des
bereichsweise flächig an. Die Wanddicke der dargestellten Anbindungskonsole 4 im Bereich
des Tragabschnitts 10 summiert sich auch den Wanddicken
des Tragabschnitts 10 und den daran flächig anliegenden
Verbindungslaschen 16a und 16b. Dies führt
im Fahrbetrieb zu einem besonders hohen Biegewiderstandsmoment um
die Fahrzeuglängsachse bei Momentenbeanspruchung und somit
zu einer geringen Materialbeanspruchung. Die Belastbarkeit und Dauerfestigkeit
der Anbindungskonsole 4 wird damit erhöht.
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3 zeigt
eine zur Herstellung der Anbindungskonsole 4 gemäß 1 vorgesehenen
einstückigen Blechplatine 5 mit als strichpunktierten
Linien angedeuteten Biegelinien B1 bis B5. Der Blick des Betrachters
ist senkrecht auf eine Flachseite der Blechplatine 5 gerichtet.
Im dargestellten Koordinatensystem sind die x-Richtung parallel
zu den Biegelinien B2, B2 und B5 und die y-Richtung senkrecht dazu
und parallel zu den Biegelinien B3 und B4 ausgerichtet. Die z-Richtung
zeigt senkrecht aus der Zeichenebene heraus. Die Blechplatine 5 weist
einen Anbindungsabschnitt 120 mit einer als Langloch ausgestalteten
Durchgangsöffnung 120 in z-Richtung auf. An den
Biegelinien B4 und B5 schließen sich hieran in x-Richtung
jeweils die Stützabschnitte 114a und 114b an.
An der Biegelinie B5 grenzt in y-Richtung der Tragabschnitt 110 mit
den Durchgangsöffnungen 118b und 118d an
den Anbindungsabschnitt 120 an. Zwei Verbindungslaschen 116a und 116b sind
im Bereich der Biegelinien B1 und B2 mit den Stützabschnitten 114a und 114b verbunden.
Die Verbindungslaschen 116a und 116b weisen Durchgangsöffnungen 118c und 118a auf.
Zur Herstellung der Anbindungskonsole 4 gemäß 1 werden
in einem ersten Schritt die Verbindungslaschen 116a und 116b gegenüber
den Stützabschnitten 114a und 114b um
etwa 90 Grad an den Biegelinien B1 und B2 vom Betrachter weg abgewinkelt.
In einem zweiten Schritt werden die Stützabschnitte 114a und 114b gegenüber
dem Anbauabschnitt 112 an den Biegelinien B3 und B4 ebenfalls
um etwa 90 Grad vom Betrachter weg aufgestellt. In einem dritten
Schritt wird der Tragabschnitt 110 um die Biegelinie 5 so
gegenüber dem Anbauabschnitt 112 abgewinkelt,
dass die dem Betrachter in der Darstellung abgewandte Flachseite des
Tragabschnitts 110 an den Verbindungslaschen 116a und 116b zur
Anlage kommen.
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Vorteilhaft
bei diesem Herstellungsverfahren ist eine besonders einfache und
schnelle Herstellung der Anbindungskonsole 4 unter Verwendung
kostengünstiger Biegewerkzeuge. Insbesondere ist die Anbindungskonsole
mittels dieses Verfahrens bei niedrigen Umformkräften mit
vergleichsweise hohen Wandstärken herstellbar. Insbesondere
die einfache, rechtwinklige beziehungsweise parallele Anordnung der
Biegelinien B1 bis B5 ermöglich einen kostengünstigen
Aufbau eines zur Herstellung der Anbindungskonsole benötigten
Biegewerkzeugs. Gemäß einem hier nicht beschriebenen
Verfahren können die Biegeoperationen auch in abweichender
Reihenfolge vorgenommen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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