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Die Erfindung bezieht sich auf eine Hilfsrahmenkonsole zur Anbindung eines radführenden Lenkers.
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Hilfsrahmen, gelegentlich auch als Fahrschemel bezeichnet, sind im Kraftfahrzeugbau seit langem bekannt und dienen üblicherweise als Montage- und Aggregatsträger für die Fahrwerksanlenkung, Motorlagerung und Befestigung der Lenkungskomponenten. Hierfür sind an dem Hilfsrahmen entsprechende Aufnahmen und Anbindungspunkte vorgesehen. Sofern diese nicht unmittelbar an den die Rahmenstruktur konstituierenden Trägern ausgebildet oder an diese angeformt sind, werden die Aufnahmen und Anbindungspunkte an separaten, an den Trägern befestigten Konsolen angeordnet, die im Folgenden auch als Hilfsrahmenkonsolen bezeichnet werden. Ein Hilfsrahmen mit entsprechenden Konsolen ist beispielsweise aus
DE 10 2009 040 821 B3 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine in Blech-Schweißkonstruktion darstellbare Hilfsrahmenkonsole zu schaffen, welche hohe Achslasten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Hilfsrahmenkonsole in gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Hilfsrahmenkonsole umfasst ein erstes Konsolenblech und ein zweites Konsolenblech, die miteinander verbunden sind und eine Aufnahme für ein Lenkerlager bilden, ein Schließblech, das an einer von der Lenkerlageraufnahme abgewandten Seite der Konsolenbleche angeordnet und an diesen befestigt ist, und eine Buchse, die einen zwischen dem Schließblech und den Konsolenblechen gebildeten Hohlraum durchdringt und an dem Schließblech sowie an dem ersten Konsolenblech abgestützt ist, wobei mindestens ein den Hohlraum begrenzender Wandabschnitt des zweiten Konsolenblechs und/oder des Schließblechs mit einer oder mehreren Sicken versehen ist.
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Die erfindungsgemäße Konsole zeichnet sich durch eine besonders hohe Festigkeit und eine effiziente Ausnutzung von Material und Bauraum aus. Sie kommt ohne Mehraufwand im Hinblick auf Material und Fertigung aus.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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Bevorzugt wird die Sickengeometrie auf der Grundlage evolutionärer Algorithmen ermittelt. Hierdurch lässt sich eine Optimierung vornehmen, welche mit konventionellen Methoden nicht erreichbar ist.
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Unter evolutionären Algorithmen wird eine Klasse stochastischer, metaheuristischer Optimierungs- und Suchverfahren verstanden, die sich an die Grundprinzipien der biologischen Evolution anlehnen. Zu Beginn eines solchen Algorithmus wird eine zufällige Population möglicher Lösungen des Optimierungsproblems erzeugt. Diese werden dann mittels einer Fitnessfunktion bewertet, die das zu lösende Optimierungsproblem beschreibt. Die Lösungen mit den besten Fitnesswerten werden durch Mutation und Rekombination zufällig verändert, wohingegen die restlichen verworfen werden. Die neu gewonnenen Lösungen werden wiederum bewertet. Dies wird solange fortgesetzt, bis ein Abbruchkriterium erreicht ist.
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Angewendet auf die vorliegende Aufgabenstellung hat es sich in diesem Zusammenhang gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn die Sicke oder Sicken an einem Wandabschnitt angeordnet ist bzw. sind, der in Einbaulage der Konsole überwiegend vertikal verläuft.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Konsolenblech mit einem in Einbaulage überwiegend horizontalen Abschnitt an einen den Hohlraum begrenzenden Abschnitt des zweiten Konsolenblechs angeschlossen, wobei letzterer einen über das erste Konsolenblech und den Hohlraum hinausragenden Abschnitt aufweist, der mit einer oder mehreren Sicken versehen ist.
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Ein weiterer Festigkeitsgewinn kann dadurch erzielt werden, dass das erste Konsolenblech an seinem der Lenkerlageraufnahme abgewandten Ende einen über den Hohlraum hinausragenden Wandabschnitt aufweist, der in einer abgewinkelten Lasche endet.
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Ferner ist es für die Festigkeit der Konsole von Vorteil, wenn das Schließblech einen überwiegend vertikal verlaufenden Wandabschnitt aufweist, der in Bezug auf die Buchse der Lenkerlageraufnahme gegenüber liegt, und dass dieser Wandabschnitt mit einer oder mehreren Sicken versehen ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das zweite Konsolenblech im Bereich des Hohlraums eine Öffnung auf. Zudem ist ein Käfig um die Öffnung hohlraumseitig an dem zweiten Konsolenblech befestigt. Dabei weist der Käfig eine in Richtung Lenkerlageraufnahme abstehende Lasche auf, die mit einer Kante an das zweite Konsolenblech angeschweißt ist.
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Der Käfig kann ferner eine von der Lenkerlageraufnahme wegweisende Lasche ausbilden, so dass das Schließblech mit seinem der Lenkerlageraufnahme gegenüberliegenden überwiegend vertikalen verlaufenden Wandabschnitt gegen diese von der Lenkerlageraufnahme wegweisende Lasche abgestützt werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet das zweite Konsolenblech einen die Öffnung aufweisenden ausgestellten Abschnitt aus. Durch Anordnung einer oder mehrerer Sicken um den ausgestellten Abschnitt herum kann die Festigkeit der Konsole weiter verbessert werden.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung einer Hilfsrahmenkonsole eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 10 gelöst, indem eine bestehende Konsolengeometrie als Eingangsgröße eines evolutionären Algorithmus verwendet wird, auf der Grundlage dieses evolutionären Algorithmus die Anordnung und/oder Geometrie von an der Konsole anzubringenden Sicken ermittelt wird und anschließend die Konsole mit der gefundenen Sickenanordnung und/oder -geometrie hergestellt wird.
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Die Anwendung evolutionärer Algorithmen unter den Gesichtspunkten Sickenanordnung und Sickengeometrie stellt bei der Auslegung von Fahrwerkkomponenten und insbesondere Tragwerkstrukturen einen völlig neuartigen und bisher ungebräuchlichen Optimierungsansatz dar, der jedoch überraschenderweise in der Lage ist, bestehende Fertigungskonzepte unter bester Ausnutzung von Material und Bauraum deutlich weiter zu verbessern und Lösungen bereitzustellen, welche mit konventionellen Ansätzen bei Weitem nicht erreichbar sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine räumliche Ansicht einer Hilfsrahmenkonsole nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine weitere räumliche Ansicht der Hilfsrahmen-Konsole gemäß 1,
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3 eine Explosionsdarstellung der Hilfsrahmenkonsole,
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4 eine erste Detailansicht der Hilfsrahmenkonsole,
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5 eine weitere Detailansicht der Hilfsrahmenkonsole, und in
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6 die Hilfsrahmenkonsole in Einbaulage an einem Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeugs.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Konsole 10 zur Befestigung an einem Hilfsrahmen 1 eines Kraftfahrzeugs.
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Der Hilfsrahmen 1 umfasst zwei Längsträger 2 und 3, welche durch mindestens einen Querträger 4 miteinander verbunden sind. Bei dem in 6 dargestellten Hilfsrahmen 1 ist lediglich ein Querträger vorgesehen. Jedoch sind auch Ausführungen mit zwei Querträgern möglich. 6 zeigt einen Vorderachshilfsrahmen, an dem beispielhaft ein Lenkgetriebe 5 abgestützt ist. Die Konsole 10 lässt sich jedoch auch an Hinterachshilfsrahmen befestigen.
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Die Konsole 10 ist in Blechkonstruktion ausgeführt und umfasst mehrere, nachfolgend noch näher erläuterte Blechformteile, die untereinander verbunden, vorzugsweise miteinander verschweißt sind. Insbesondere kann die Konsole als Stahlblech-Schweißkonstruktion ausgeführt werden.
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Sie umfasst ein erstes Konsolenblech 11 und ein zweites Konsolenblech 12, die miteinander verbunden sind und eine Aufnahme 13 für ein Lenkerlager bilden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zweite Konsolenblech 12 in Bezug auf die Vorwärtsfahrtrichtung V vor dem ersten Konsolenblech 11 angeordnet. Das zweite Konsolenblech 11 erstreckt sich im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung sowie in Fahrzeughochrichtung, wohingegen das erste Konsolenblech 11 bogenförmig das Lenkerlager umgreift und mit einer vorderseitigen Kante 14 an die Rückseite des zweiten Konsolenblechs 12 angeschlossen ist. Beide Konsolenbleche 11 und 12 weisen jeweils eine Durchgangsöffnung 15 und 16 zur Hindurchführung eines sich überwiegend in Fahrzeuglängsrichtung und horizontal erstreckenden Lagerbolzens auf.
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Das erste Konsolenblech 11 weist an seiner der Lenkerlageraufnahme 13 abgewandten Seite einen überwiegend horizontal verlaufenden Abschnitt 17 auf. An der von der Lenkerlageraufnahme 13 abgewandten Seite der Konsolenbleche 11 und 12 ist ein Schließblech 18 angeordnet und an den Konsolenblechen 11 und 12 befestigt. Das Schließblech 18 weist einen dem Abschnitt 17 im Wesentlichen parallelen Wandabschnitt 19 auf, an den zur Fahrzeugmitte hin sowie entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung V jeweils ein nach unten abgewinkelter Flügel 20 bzw. 21 anschließt. Diese beiden Flügel 20 und 21 stoßen jeweils in etwa senkrecht auf den überwiegend horizontal verlaufenden Abschnitt 17 des ersten Konsolenblechs 11. Weiterhin weist der Wandabschnitt 19 des Schließblechs 18 eine in Vorwärtsfahrtrichtung weisende Kante 22 auf, die an das zweite Konsolenblech 12 angeschlossen ist. Zwischen dem Schließblech 18 und den der Lenkerlageraufnahme 13 abgewandten Abschnitten der beiden Konsolenbleche 11 und 12 wird somit ein Hohlraum 23 gebildet.
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Durch den Hohlraum 23 erstreckt sich eine Buchse 24. Die Buchse 24 ist dabei an dem Schließblech 18 sowie an dem ersten Konsolenblech 18 abgestützt. Sie weist eine sich überwiegend in Fahrzeughochrichtung erstreckende Durchgangsöffnung 25 auf. Die Buchse 24 gestattet auf einfache Art und Weise eine Ankopplung einer zusätzlichen Versteifungsstruktur wie beispielsweise einer Strebe.
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Zur Erhöhung der Achslast des Hilfsrahmens 1 ist die Konsole 10 an bestimmten Stellen mit Sicken versehen. Erfindungsgemäß befindet sich zumindest an einem den Hohlraum begrenzenden Wandabschnitt des zweiten Konsolenblechs 12 oder des Schließblechs 18 einer oder mehreren Sicken 26 und 27. Vorzugsweise sind beide Wandabschnitte jeweils mit mindestens einer Sicke versehen. Die hierzu ausgewählten Wandabschnitte verlaufen in der in 6 dargestellten Einbaulage der Konsole 10 am Fahrzeug überwiegend vertikal. Sie befinden sich hier an einem den Hohlraum 13 begrenzenden Abschnitt 28 des zweiten Konsolenblechs 12 sowie an dem zur Fahrzeugmitte weisenden Flügel 20 des Schließblechs 18.
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Wie insbesondere 4 entnommen werden kann, weist das zweite Knotenblech 12 an seinem den Hohlraum 13 begrenzenden Abschnitt 28 einen Überstand auf, der mit einer oder mehreren Sicken 26a versehen ist. Dieser Überstand wird durch einen Abschnitt 29 gebildet, der über das erste Konsolenblech 11, insbesondere dessen horizontalen Abschnitt 17 und den Hohlraum 23 in Bezug auf die Fahrzeughochrichtung nach unten hinausragt. Vorliegend sind beispielhaft drei Sicken 26a dargestellt, die in Reihe hintereinander liegend und jeweils im Wesentlichen parallel zur Kante 14 des ersten Konsolenblechs 11 im Bereich des horizontalen Abschnitts 17 verlaufen.
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Weiterhin bildet das zweite Konsolenblech 12 an seinem den Hohlraum 13 begrenzenden Abschnitt 28 einen ausgestellten Abschnitt 30 aus, um den weitere Sicken 26b sowie die vorgenannten Sicken 26a angeordnet sind. Desweiteren befindet sich in den ausgestellten Abschnitt 30 eine Durchgangsöffnung 31 für eine Lenkgetriebebefestigung.
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An dem den Hohlraum 13 begrenzenden Abschnitt 28 des zweiten Konsolenblechs 12 ist auf der Seite des Hohlraums 23 ein Käfig 32 befestigt, der sich in den Hohlraum hineinerstreckt. Dieser Käfig 32 umgibt die Durchgangsöffnung 31 zumindest abschnittsweise. Er ist vorzugsweise mit einer Längskante 33 an dem ausgestellten Abschnitt 30 angeschweißt. Der Käfig 32 ist nach unten offen. In den Käfig 32 kann von unten eine Vierkantmutter oder dergleichen zur Lenkgetriebebefestigung eingesteckt werden. Der Käfig 32 bildet eine Verdrehsicherung für die Vierkantmutter oder ein entsprechendes Befestigungselement.
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Weiterhin bildet der Käfig 32 eine in Richtung Lenkerlageraufnahme 13 abstehende Lasche 34 aus, welche die Längskante 33 fortsetzt. Auch an der in die Lasche 34 fortgesetzten Längskante 33 ist der Käfig 32 an das zweite Konsolenblech 12 angeschweißt. Die Lasche 34 bietet eine zusätzliche Versteifung.
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Der Käfig 32 weist ferner eine von der Lenkerlageraufnahme 13 wegweisende Lasche 35 auf, die der Verdrehsicherung des vorgenannten Befestigungselements dient. Die Lasche 35 ist vorliegend von dem Schließblech 35 beabstandet, kann jedoch auch der Abstützung des Schließblechs 18 dienen.
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Das Schließblech 18 ist, wie bereits ausgeführt, an einem überwiegend vertikal verlaufenden Wandabschnitt, der in Bezug auf die Buchse 24 der Lenkerlageraufnahme 13 gegenüberliegt, nämlich dem Flügel 20, mit einer oder mehreren Sicken 27 versehen ist. Dieser Flügel 20 kann sich gegebenenfalls an der Lasche 35 des Käfigs 32 abstützen. Am Rand des Flügels 20 befindet sich eine erste, längliche Sicke 27a, über der vom Rand entfernt eine weitere Sicke 27b in Form einer punktförmigen oder runden Eintiefung vorgesehen ist.
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Das erste Konsolenblech 11 erstreckt sich in Richtung Fahrzeugmitte über das Schließblech 18, insbesondere über dessen Flügel 20 hinaus. An seinem der Lenkerlageraufnahme 13 abgewandten Ende weist das erste Konsolenblech 11 somit einen über den Hohlraum 23 hinausragenden Wandabschnitt 36 auf. Dieser Wandabschnitt 36, der Bestandteil des überwiegend horizontal verlaufenden Abschnitts 17 ist, endet in einer abgewinkelten Lasche 37.
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Hierzu ist, wie insbesondere 4 entnommen werden kann, der Rand des Konsolenblechs 11 in diesem Bereich nach oben umgebogen.
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Die genaue Anordnung und Geometrie der einzelnen Sicken 26a, 26b, 27a, 27b wurde durch einen evolutionären Algorithmus ermittelt. Sie kann dementsprechend bei einer anderen räumlichen Ausgestaltung der Konsolenbleche 11 und 12 und des Schließblech 18 von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichen. Die Kriterien für Mutation und Rekombination sind hierbei zumindest die Anordnung oder die Geometrie der Sicken, vorzugsweise beides in Kombination.
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Für den Anwendungszweck einer Traglenkerkonsole eines Kraftfahrzeughilfsrahmens hat sich gezeigt, dass mit der vorstehend erläuterten Konfiguration eine deutliche Festigkeitssteigerung erzielt werden kann. Insbesondere lässt sich die Achslast mit den aufgezeigten Maßnahmen gegenüber einer Konsole ohne die dargestellten Sicken um rund 17 Prozent steigern, ohne dass dies mit einem signifikanten Mehraufwand an Material verbunden wäre. Auch fertigungstechnisch erfordert die erfindungsgemäße Lösung keinen Mehraufwand.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Zudem können Einzelmerkmale, wie sie vorstehend erläutert wurden, auch dann miteinander kombiniert werden, wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Ferner sind im Hinblick auf das Ausführungsbeispiel auch nicht ausdrücklich beschriebene Untermengen von Merkmalskombinationen im Rahmen der durch Anspruch 1 aufgezeigten Lösung möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hilfsrahmen
- 2
- Längsträger
- 3
- Längsträger
- 4
- Querträger
- 5
- Lenkgetriebe
- 10
- Konsole
- 11
- erstes Konsolenblech
- 12
- zweites Konsolenblech
- 13
- Aufnahme für ein Lenkerlager
- 14
- vorderseitige Kante
- 15
- Durchgangsöffnung
- 16
- Durchgangsöffnung
- 17
- überwiegend horizontal verlaufender Abschnitt
- 18
- Schließblech
- 19
- im Wesentlichen paralleler Wandabschnitt
- 20
- abgewinkelter Flügel
- 21
- abgewinkelter Flügel
- 22
- in Vorwärtsfahrtrichtung weisende Kante
- 23
- Hohlraum
- 24
- Buchse
- 26
- Sicken
- 27
- Sicken
- 28
- den Hohlraum 13 begrenzender Abschnitt
- 29
- Abschnitt, der über das erste Konsolenblech 11 nach unten hinausragt.
- 30
- ausgestellter Abschnitt
- 31
- Durchgangsöffnung
- 32
- Käfig
- 33
- Längskante
- 34
- abstehende Lasche
- 35
- von der Lenkerlageraufnahme 13 wegweisende Lasche
- 36
- über den Hohlraum 23 hinausragender Wandabschnitt
- 37
- abgewinkelte Lasche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009040821 B3 [0002]
