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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verstärkungsrahmen für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie ein mit einem solchen Verstärkungsrahmen ausgestattetes Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 5.
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Aus der
DE 10 2014 206 203 A1 und der
FR 2 905 341 A1 sind Verstärkungsrahmen für Kraftfahrzeuge und entsprechend ausgestattete Kraftfahrzeuge bekannt, die jeweils eine erste, ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisende Strebe und eine ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisende zweite Strebe aufweisen, die in Form eines Kreuzes zueinander ausgerichtet sind. Die Kraftfahrzeuge umfassen jeweils einen Frontbereich, einen Heckbereich, eine an der Kraftfahrzeugunterseite angeordnete Bodengruppe und einem mittels mindestens einem ersten Gewindebolzen und einem zweiten Gewindebolzen befestigten Hinterachsträger.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verstärkungsrahmen für ein Kraftfahrzeug anzugeben, dessen Steifigkeit gegenüber dem Stand der Technik erhöht ist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug anzugeben, dessen Quersteifigkeit erhöht und dessen Torsion, insbesondere bei hohen Beschleunigung und Geschwindigkeiten, gegenüber dem Stand der Technik verringert ist.
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Die erstgenannte Aufgabe wird durch einen Verstärkungsrahmen für ein Kraftfahrzeug, mit einer ersten, ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisenden Strebe, einer ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisenden zweiten Strebe, die in Form eines Kreuzes zueinander ausgerichtet sind, dadurch gelöst, dass die erste Strebe und die zweite Strebe in ihrem Kreuzungsbereich vermittels eines Verbindungsmittels miteinander verbunden sind, und dass das zweite Ende der ersten Strebe und das zweite Ende der zweiten Strebe mittels eines als Fachwerk ausgebildeten Verbinders miteinander verbunden sind. In vorteilhafter Weise ist durch die Kombination von zwei miteinander verbundenen sowie gekreuzten Streben und einem Verbinder, der in einem Endbereich der beiden Streben angebordnet ist, die Gesamtsteifigkeit des Verstärkungsrahmens erhöht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Verbinder nach Art eines Polonceau-Fachwerkes ausgebildet. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise nicht nur eine die Steifigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöhende, sondern gleichzeitig eine deren Gewicht verringernde, mithin leichtbaugemäße Ausbildung geschaffen. An sich sind Polonceau-Fachwerke, so beispielsweise aus der
GB 156,532 , der
CH 25182 , der
DE-OS 1 659 041 und der
FR 2 592 907 A1 , bekannt. Im Zusammenhang mit der hier offenbarten Erfindung bedeutet die Ausgestaltung des Verbinders nach Art eines Polonceau-Fachwerkes, dass dieser als geschlossener, eine bestimmte Geometrie aufweisender Rahmen ausgebildet ist. Es versteht sich, dass die im Kraftfahrzeugbau vorhandenen und auf den erfindungsgemäßen Verstärkungsrahmen einwirkenden Kräfte und Momente von an sich aus dem Bauingenieruwesen bekannten und bei Gebäuden mit Polonceau-Fachwerken auftretenden Kräften und Momenten verschieden sind; insofern stellt der hier gemachte Verweis auf Polonceau-Fachwerke insbesondere nicht auf die bekannten Ausbildungen von insbesondere Zugbändern und Druckgliedern, sondern auf die geometrische Anordnung der in dem Fachwerk vorgesehenen Elemente (Strebe, Stäbe) ab.
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In vorteilhafter Weise zeichnet sich der erfindungsgemäße Verstärkungsrahmen dadurch aus, dass der Verbinder einen, einen Rahmen bildenden, ersten, in Fahrzeugquerrichtung anbringbaren Stab, einen hierzu parallelen zweiten Stab, einen den ersten Stab und den zweiten Stab an einem ersten Ende miteinander verbindenden dritten Stab sowie einen den ersten Stab und den zweiten Stab an einem zweiten Ende, das von dem ersten Ende verschieden ist, verbindenden vierten Stab aufweist. Hierdurch ist ein besondes leichter, gleichwohl steifer, Aufbau des Verstärkungsrahmens geschaffen.
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In besonders vorteilhafter Weise ist der erste Stab im Vergleich zu dem zweiten Stab eher fahrzeugheckseitig anordnenbar; der zweite Stab ist damit vergleichsweise weiter vorne in Richtung Fahrzeugfront befindlich anordnenbar. Hierdurch kann die Steifigkeit eines entsprechend ausgestatteten Kraftfahrzeuges weiter erhöht werden, ohne dass eine ungewollte Erhöhung des Gewichtes der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu befürchten wäre. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass der zweite Stab kürzer als der erste Stab ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkungsrahmens ist vorgesehen, dass der Verbinder einen fünften Stab, der sich mindestens abschnittsweise in die gleiche Richtung erstreckt wie mindestens ein Abschnitt des zweiten Ende der ersten Strebe, und einen sechsten Stab aufweist, der sich mindestens abschnittsweise in die gleiche Richtung erstreckt wie mindestens ein Abschnitt des zweiten Endes des zweiten Stabes. Hierdurch wird die Steifikeit des Verstärkungsrahmens noch weiter verbessert.
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Die zuvor zweitgenannte Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des zuvor offenbarten Verstärkungsrahmens gelöst. Die entsprechenden Vorteile gelten adäquat.
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In besonders bevorzugter Weise zeichnet sich ein Kraftfahrzeug mit einem Frontbereich, einem Heckbereich, einer an der Kraftfahrzeugunterseite angeordneten Bodengruppe und einem mittels mindestens einem ersten Gewindebolzen und einem zweiten Gewindebolzen befestigten Hinterachsträger durch einen wie zuvor offenbarten Verstärkungsrahmen aus, dessen erstes Ende der ersten Strebe an dem ersten Gewindebolzen und dessen erstes Ende der zweiten Strebe an dem zweiten Gewindebolzen, und dessen zweites Ende der ersten Strebe sowie zweites Ende der zweiten Strebe von dem Heckbereich entfernt in Richtung Frontbereich befestigt sind. Diese besondere Form der Anbringung des erfindungsgemäßen Verstärkungsrahmens direkt an dem Hinterachsträger bzw. der Bodengruppe weist nicht nur die zuvor genannten Vorteile auf, sondern führt darüber hinaus in vorteilhafter Weise zu einer spürbaren Verringerung des Phasenverzuges der Hinterachse gegenüber der Vorderachse bei Querbeschleunigungsaufbau des Kraftfahrzeuges.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verbinder eine an der Bodengruppe befestigte Tunnelquerbrücke, was die kraftfahrzeugrelevante Steifigkeit in vorteilhafter Weise weiter verbessert. Dies gilt insbesondere für den Fall, wenn sich der Verstärkungsrahmen an einem hinterradangetriebenen Kraftfahrzeug befindet.
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Die erste Strebe und/oder die zweite Strebe stützt bzw. stützen gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einen an der Bodengruppe angeordneten Energiespeicher und/oder eine an der Bodengruppe angeordnete Abgasanlage mindestens teilweise ab. Hierdurch erfüllt der Verstärkungsrahmen in vorteilhafter Weise einen Zusatznutzen, der zu einer Verringerung des Kraftfahrzeuggewichtes und damit einhergehend des für einen Antrieb erforderlichen Energieaufwandes führt.
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Dies gilt umso mehr, wenn an der ersten Strebe und/oder der zweiten Strebe mindestens ein Teil einer Unterbodenverkleidung befestigt ist.
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Es sei angemerkt, dass es sich bei den zuvor verwendeten Begriffen „Strebe“ bzw. „Stab“ um beliebige lastaufnehmende Elemente eines Rahmens handelt, die lediglich aus Gründen der leichteren Lesbarkeit begrifflich unterschieden werden sollen. Die hier offenbarten Streben bzw. Stäbe sind somit insbesondere in der Lage, beliebige Zugkräfte, Druckkräfte, Querkräfte und Momente im Raum schadensfrei aufzunehmen.
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Nachstehend folgt eine Kurzbeschreibung von Figuren der vorliegenden Erfindung.
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1 ist eine schematische Unteransicht auf ein teilweise gezeigtes erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, das einen erfindungsgemäßen Verstärkungsrahmen aufweist.
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2 ist eine perspektivische Schrägansicht von unten auf das in 1 gezeigte Kraftfahrzeug, welches weitere von dem erfinderischen Verstärkungsrahmen abgestützte Elemente enthält.
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3 ist eine schematische, nicht maßstäblich vergrößerte Schnittansicht eines Teils eines Gewindebolzens zur Befestigung des Verstärkungsrahmens an einem Hinterachsträger.
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Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf 1 bis 3 eine detaillierte, nicht präjudizierende, insbesondere einschränkende, Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Gleiche Elemente sind mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit nichts anderes angegeben wird.
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1 zeigt einen Verstärkungsrahmen 1, der an einem teilweise gezeigten erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 5 angeordnet ist. Der Verstärkungsrahmen 1 weist eine erste Strebe 10 auf, die ein erstes Ende 10-1 und ein zweites Ende 10-2 umfasst. Des Weiteren weist der Verstärkungsrahmen 1 eine zweite Strebe 20 auf, die ein erstes Ende 20-1 und ein zweites Ende 20-2 umfasst. Das erste Ende 10-1 der ersten Strebe 10 und das erste Ende 20-1 der zweiten Strebe sind an einem Hinterachsträger 25 befestigt, wie mit Bezug auf 3 noch erläutert werden wird. Die erste Strebe 10 und die zweite Strebe 20 kreuzen einander und sind in einem Kreuzungsbereich 30 mittels eines Verbindungsmittels 35 miteinander verbunden. Das Verbindungsmittel 35 kann ein die beiden Streben 10, 20 miteinander kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbindendes Mittel sein. So können die beiden Streben 10, 20 im Kreuzungsbereich 30 insbesondere miteinander verschweißt, geklebt oder geschraubt sein.
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Der Verstärkungsrahmen 10 umfasst des Weiteren einen im Wesentlichen parallel zu einer Bodengruppe 40 angeordneten Verbinder 45, der in Form eines Polonceau-Fachwerkes ausgebildet ist und der Verbindung der Streben 10, 20 sowohl miteinander als auch der Bodengruppe 40 dient. Der Verbinder 45 vergrößert aufgrund seines hier offenbarten Aufbaus in vorteilhafter Weise die Quersteifigkeit des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges 5, insbesondere dessen Hinterwagens, und verringert dessen Torsion bei großer Beschleunigung, Geschwindigkeit und Lastwechseln, wobei sein vergleichsweise geringes Gewicht gleichzeitig die Dynamik des Kraftfahrzeuges 5 erhält und dessen Antriebsenergiebedarf nicht in unzulässiger bzw. ungewünschter Weise erhöht.
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Der hier gezeigte Verbinder 45 umfasst einen ersten, im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung Q ausgerichteten Stab 45-1 und einen hierzu parallelen zweiten Stab 45-2, dessen Länge kleiner ist als die des ersten Stabes 45-1. Die in Fahrzeuglängsrichtung L betrachtet rechts befindlichen Enden des ersten Stabes 45-1 und des zweiten Stabes 45-2 sind vermittels eines dritten Stabes 45-3 miteinander verbunden. Die in Fahrzeuglängsrichtung L betrachtet links befindlichen Enden des ersten Stabes 45-1 und des zweiten Stabes 45-2 ihrerseits sind vermittels eines vierten Stabes 45-4 miteinander verbunden. Insgesamt ist somit der Verbinder 45 als geschlossener Rahmen 50 gestaltet, der zusätzlich einen fünften Stab 45-5 und einen sechsten Stab 45-6 umfasst: Der fünfte Stab 45-5 erstreckt sich abschnittsweise in die gleiche Richtung wie das zweite Ende 10-2 der ersten Strebe 10 und ist mit dieser lösbar verbunden. Die Verbindung erfolgt gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel vermittels zweier Schrauben 55 (vgl. 2). Der sechste Stab 45-6 erstreckt sich abschnittsweise in die gleiche Richtung wie das zweite Ende 20-2 der zweiten Strebe 20 und ist mit dieser vermittels zweier Schrauben 60 (vgl. 2) lösbar verbunden. Die Quersteifigkeit des Kraftfahrzeuges 5, insbesondere dessen hier abgebildeten Hinterwagens, wird noch weiter verbessert, wenn der Verbinder 45 einen siebten Stab 45-7, der mit einem Ende an dem zweiten Stab 45-2 und einem hierzu distalen Ende im Bereich des zweiten Endes 20-2 der zweiten Strebe 20 an dem ersten Stab 45-1 befestigt ist, und einen achten Stab 45-8 umfasst, der mit einem Ende an dem zweiten Stab 45-2 und seinem hierzu distalen Ende im Bereich des zweiten Endes 10-2 des ersten Stabes 10 an dem ersten Stab 45-1 befestigt ist. Wie der 1 entnommen werden kann sind die beiden an dem zweiten Stab 45-2 befindlichen Enden des siebten Stabes 45-7 und des achten Stabes 45-8 einander benachbart angeordnet, was wiederum die Steifiglkeit der gesamten Anordnung von erster Strebe 10, zweiter Strebe 20 und Verbinder 45 in vorteilhafter Weise weiter erhöht.
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Die Befestigung des Verbinders 45 an der Bodengruppe 40 erfolgt vermittels Befestigungsmitteln 65, die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel lösbar als Schrauben ausgebildet sind und in korrespondierende Öffnungen eingreifen. Typ, Anzahl und Lage dieser Befestigungsmittel 65 können dem Grundsatz nach frei gewählt werden, solange sie die Anforderungen insbesondere im Hinblick auf ihre eigene Strukturfestigkeit und die der durch sie verbundenen Elemente erfüllen.
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Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Verstärkungsrahmen 1 im eingebauten Zustand symmetrisch zu der symbolisch gezeigten Mittelhochebene M (vgl. 2) des Kraftfahrzeuges 5 ausgebildet, wobei sich das erste Ende 10-1 der ersten Strebe 10 und das erste Ende 20-1 der zweiten Strebe 20 im Vergleich zu dem Verbinder 45 eher im Heckbereich H befinden, während letzerer eher im Frontbereich F angebracht ist. Durch diese hier vorgesehene besondere Anordnung, bei der das erste Ende 10-1 der ersten Strebe 10 und das erste Ende 20-1 der zweiten Strebe 20 an dem Hinterachsträger 25 befestigt sind (wodurch sie einen Gelenkwellentunnel 70 überspannen) ist der Krafteinleitungsweg in vorteilhafter Weise beonders klein.
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Aufgrund der Position des hier gewählten Kreuzungsbereiches 30 ist die Länge eines Abschnittes der ersten Strebe 10 vom ersten Ende 10-1 bis zum Verbindungsmittel 35 größer als die Länge eines Abschnittes der ersten Strebe 10 vom zweiten Ende 10-2 bis zum dem Verbindungsmittel 35. Ebenso ist die Länge eines Abschnittes der zweiten Strebe 20 von ihrem ersten Ende 20-1 bis zum Verbindungsmittel 35 größer als die Länge eines Abschnittes der zweiten Strebe 20 vom zweiten Ende 10-2 bis zum dem Verbindungsmittel 35. Diese Längenbeziehungen, ebenso wie der zwischen der ersten Strebe 10 und der zweiten Strebe 20 aufgespannte Winkel des Kreuzes, sind jedoch an die geometrischen Verhältnisse und zu berücksichtigenden Lastfälle anpassbar und können von den in der 1 dargestellten Verhältnissen erfindungsgemäß auch abweichen.
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Wie der 2 zu entnehmen ist kann der Verstärkungsrahmen 1 in Fahrzeughochachse (d.h. in z-Richtung eines an sich bekannten kartesischen fahrzeugorientierten Koordinatensystems) veränderlich (d.h. nach Art eines räumlichen Fachwerkes) ausgebildet sein. Es versteht sich jedoch, dass er – sofern gewünscht – auch eben, insbesondere parallel zu einer virtuellen, zu der Bodengruppe 40 parallelen Ebene, ausgebildet sein kann.
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Anders als in 1 ist in 2 gezeigt, dass der Verstärkungsrahmen 1 neben seiner Funktion als das Kraftfahrzeug 5 versteifendes Mittel ebenso zur Abstützung weiterer an der Bodengruppe 40 befindlicher Komponenten vorgesehen sein kann. So überspannt der Verstärkungsrahmen 1 eine an der Bodengruppe 40 befestigte, symbolisch gezeigte Abgasanlage 75 und einen neben dieser befindlichen Energiespeicher 80, der ein chemischer Energiespeicher (Kraftstofftank) oder ein elektrischer Energiespeicher (Batterie) oder dergleichen (beispielsweise eine Brennstoffzelle) sein kann. Weiterhin ist es möglich, an dem Verstärkungsrahmen 1 eine Unterbodenverkleidung 85 zu befestigen, die sich entweder zwischen Bodengruppe 40 und Verstärkungsrahmen 1 (wie in 2 gezeigt) befindet oder letzteren gegenüber einem hier nicht gezeigten Fahrbahngrund abdeckt.
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Wie bereits zuvor ausgeführt und in 1 und 2 zu erkennen ist, sind das erste Ende 10-1 der ersten Strebe 10 und das erste Ende 20-1 der zweiten Strebe 20 jeweils mit dem Hinterachsträger 25 verbunden. Die Verbindung des ersten Endes 10-1 erfolgt über einen ersten Gewindebolzen 90-1, während die Verbindung des zweiten Endes 20-1 durch einen zweiten Gewindebolzen 90-2 erfolgt. In 3 ist nunmehr ein Abschnitt des zweiten Gewindebolzenzs 90-2 vergrößert dargestellt; es sei jedoch bereits an dieser Stelle angemerkt, dass der erste Gewindebolzen 90-1 einen identischen Aufbau aufweisen kann. Wie an sich bekannt wird eine Schubstrebe 95 vermittels eines Gewindebolzens 90-1 an dem Hinterachsträger 25 befestigt. Hierzu ist eine Mutter 100 vorgesehen, vermittels derer ein tellerförmiger Abschnitt 105 der Schubstrebe 95 mit einer korrespondierenden Aufnahme 110 des Hinterachsträgers 25 kraft- und formschlüssig verbunden sind. Anders als aus dem Stand der Technik bekannt weist der Gewindebolzen 90-1 zusätzlich einen Gewindeabschnitt 115 auf, der eine an dem ersten Ende 20-1 befindliche Öffnung 120 derart aufnimmt, dass vermittels einer weiteren Mutter 125 eine sichere Verbindung von zweiter Strebe 20 und Hinterachsträger 25 geschaffen ist. In vorteilhafter Weise fungiert der Gewindebolzen 90-1 somit nicht nur als Aufnahme- und Befestigungsmittel für die Schubstrebe 95, sondern funktionsintegriert auch als Aufnahme- und Befestigungsmittel für die erste Strebe 10, was den konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand bei einer Realisierung des erfindungsgemäßen Verstärkungsrahmens 1 vereinfacht und darüber hinaus Gewicht spart. Es sei angemerkt, dass der Gewindeabschnitt 115 und die Mutter 100 einteilig bzw. funktionsintegriert ausgebildet sein können, so dass der Gewindebolzen anstelle der Mutter 100 einen Angriffsabschnitt entsprechender Geometerie aufweist, an dem ein hier nicht gezeigtes Werkzeug angreifen kann.
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Es sei weiter angemerkt, dass der Verstärkunsrahmen 1 aus einem einzigen Werkstoff oder verschiedenen Werkstoffen ausgebildet sein kann. Es kann sich hierbei um einen metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl, Aluminium, Magnesium oder einer Legierung hiervon, oder einen nicht metallischen Werkstoff, insbesondere einem Verbundwerkstoff mit Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder dergleichen handeln, die in einem Matrixmaterial, insbesondere einer Polymermatrix, eingebettet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstärkungsrahmen
- 5
- Kraftfahrzeug
- 10
- erste Strebe
- 10-1
- erstes Ende der ersten Strebe
- 10-2
- zweites Ende der ersten Strebe
- 20
- zweite Strebe
- 20-1
- erstes Ende der zweiten Strebe
- 20-2
- zweites Ende der zweiten Strebe
- 25
- Hinterachsträger
- 30
- Kreuzungsbereich
- 35
- Verbindungsmittel
- 40
- Bodengruppe
- 45
- Verbinder
- 45-1
- erster Stab
- 45-2
- zweiter Stab
- 45-3
- dritter Stab
- 45-4
- vierter Stab
- 45-5
- Fünfter Stab
- 45-6
- Sechster Stab
- 45-7
- Siebter Stab
- 45-8
- Achter Stab
- 50
- Rahmen
- 55
- Schrauben
- 60
- Schrauben
- 65
- Befestigungsmittel
- 70
- Gelenkwellentunnel
- 75
- Abgasanlage
- 80
- Energiespeicher
- 85
- Unterbodenverkleidung
- 90-1
- erster Gewindebolzen
- 90-2
- zweiter Gewindebolzen
- 95
- Schubstrebe
- 100
- Mutter
- 105
- tellerförmiger Abschnitt
- 110
- Aufnahme
- 115
- Gewindeabschnitt
- 120
- Öffnung
- 125
- Mutter
- F
- Frontbereich
- H
- Heckbereich
- L
- Fahrzeuglängsichtung
- M
- Mittelhochebene
- Q
- Fahrzeugquerrichtung
- x, y, z
- Fahrzeugeigenes kartesisches Koordinatensystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014206203 A1 [0002]
- FR 2905341 A1 [0002]
- GB 156532 [0005]
- CH 25182 [0005]
- DE 1659041 A [0005]
- FR 2592907 A1 [0005]
