DE102017106028A1 - Shaping a memory container integrated in a structural component of a vehicle frame - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil (10) für einen Fahrgestellrahmen (100) eines Fahrzeuges (N), welches zur Befestigung des Strukturbauteiles (10) an dem Fahrgestellrahmen (100) mindestens ein Flanschende (10A) umfasst, das mit einem Speicherbehälter (10E) in Verbindung steht, wobei das mindestens eine Flanschende (10A) eine Flanschaufnahme (10A-2) aufweist, die den Speicherbehälter (10E) endseitig aufnimmt.Es ist vorgesehen, dass der Speicherbehälter (10E) eine an die mindestens eine Flanschaufnahme (10A-2) angepasste Geometrie aufweist, die in Abhängigkeit der auf den Speicherbehälter (10E) wirkenden Kräfte optimiert ist und ein hohes Speichervolumen ermöglicht.The invention relates to a structural component (10) for a chassis frame (100) of a vehicle (N) which comprises at least one flange end (10A) for attaching the structural component (10) to the chassis frame (100) The at least one flange end (10A) has a flange receptacle (10A-2) which receives the storage container (10E) at the end. It is provided that the storage container (10E) attaches to the at least one flange receptacle (10A-2). has adapted geometry, which is optimized in response to the forces acting on the storage container (10E) forces and allows a high storage volume.
Description
Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil für einen Fahrgestellrahmen eines Fahrzeuges, welches zur Befestigung des Strukturbauteiles an dem Fahrgestellrahmen mindestens ein Flanschende umfasst, das mit einem Speicherbehälter in Verbindung steht, wobei das mindestens eine Flanschende eine Flanschaufnahme aufweist.The invention relates to a structural component for a chassis frame of a vehicle, which comprises at least one flange end for fastening the structural component to the chassis frame, which is in communication with a storage container, wherein the at least one flange end has a Flanschaufnahme.
Ein Fahrgestellrahmen eines Fahrzeuges, insbesondere eines Lastfahrzeuges, umfasst typischerweise zwei mit mehreren Querträgern verbundene Längsträger, die in konventioneller Bauweise aus Stahlbauteilen, insbesondere aus Stahlprofilen, gefertigt sind. Die zuvor genannten Querträger werden hoch belastet und haben mit ihrer Steifigkeit maßgeblichen Einfluss auf das Fahrverhalten und den Komfort der Fahrzeuge. Um das Gewicht und in weiterer Folge den Treibstoffverbrauch und CO2-Ausstoß zu verringern, ist aus dem ONLINE-Kunststoff-Magazin eine Veröffentlichung vom 03.11.2015 mit dem Titel „Hochleistungswerkstoff im Auto - Funktionsintegration Querträger ist auch Hochdrucktank“ bekannt, die einen Querträger in Composite-Metall-Hybridbauweise beschreibt, in dem ein Hochdrucktank integriert ist.A chassis frame of a vehicle, in particular a load vehicle, typically comprises two longitudinal members connected to a plurality of cross members, which are manufactured in conventional construction from steel components, in particular from steel profiles. The aforementioned crossbeams are subjected to high loads and their rigidity has a significant influence on the handling and comfort of the vehicles. In order to reduce the weight and subsequently the fuel consumption and CO 2 emissions, from the ONLINE plastic magazine is a publication from 03.11.2015 entitled "High performance material in the car - functional integration cross member is also high-pressure tank" known, which is a cross member in composite metal hybrid design, in which a high-pressure tank is integrated.
Aus der Druckschrift
Aus der Druckschrift
Ein Fertigungsverfahren zur Herstellung eines Druckgastankes geht aus der Druckschrift
Der Erfindung liegt von dem Stand der Technik ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Strukturbauteil eines Fahrgestellrahmens eines Fahrzeuges mit einem integrierten Speicherbehälter zu schaffen, welches bei einem geringen Gewicht eine hohe Steifigkeit aufweist, wobei das Speichervolumen des Speicherbehälters optimal gestaltet werden soll.The invention is based on the prior art, the object to provide a structural part of a chassis frame of a vehicle with an integrated storage container, which has a high stiffness with a low weight, the storage volume of the storage container should be optimally designed.
Die optimale Ausgestaltung des Speichervolumens und die Anforderungen an die Steifigkeit des Speicherbehälters des Strukturbauteiles erfolgt in vorteilhafter Weise durch die Formgebung des Speicherbehälters und durch die Formgebung der angrenzenden Bauteile, wie nachfolgend und anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsformen detailliert erläutert wird.The optimum design of the storage volume and the requirements on the rigidity of the storage container of the structural component is advantageously carried out by the shape of the storage container and by the shape of the adjacent components, as will be explained in detail below and with reference to the embodiments shown in the figures.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Strukturbauteil für einen Fahrgestellrahmen eines Fahrzeuges, welches zur Befestigung des Strukturbauteiles an dem Fahrgestellrahmen mindestens ein Flanschende umfasst, das mit einem Speicherbehälter in Verbindung steht, wobei das mindestens eine Flanschende eine Flanschaufnahme aufweist, die den Speicherbehälter endseitig aufnimmt.The starting point of the invention is a structural component for a chassis frame of a vehicle, which comprises at least one flange end for attachment of the structural component to the chassis frame, which communicates with a storage container, wherein the at least one flange end has a Flanschaufnahme which receives the storage container end.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Speicherbehälter (Liner) eine an die mindestens eine Flanschaufnahme angepasste Geometrie aufweist, die in Abhängigkeit der auf den Speicherbehälter wirkenden Kräfte optimiert ist und ein hohes Speichervolumen ermöglicht.According to the invention, it is provided that the storage container (liner) has a geometry which is adapted to the at least one flange receptacle and which is optimized as a function of the forces acting on the storage container and enables a high storage volume.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Speicherbehälter ein Liner, der einen Hüllkern des Drucktankes mit einer innerhalb der Hülle gebildeten Kavität bildet. Der Speicherbehälter wird nachfolgend als Liner bezeichnet.In a preferred embodiment of the invention, the storage container is a liner which forms an envelope core of the pressure tank with a cavity formed inside the envelope. The storage container is referred to below as a liner.
Speicherbehälter (Liner) und ein Verbindungselement, auf welches noch detailliert eingegangen wird, bilden nach der Fertigstellung des Querträgers einen Drucktank.Storage tank (liner) and a connecting element, which will be discussed in detail, form after completion of the cross member a pressure tank.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Strukturbauteil zwei Flanschenden mit jeweils einer Flanschaufnahme aufweist, die den Liner beidseitig aufnehmen, wobei die Flanschaufnahmen der Flanschenden Innenkonturen aufweisen, die mit den Außenkonturen des Liners korrespondieren.It is preferably provided that the structural component has two flange ends, each with a flange receptacle, which receive the liner on both sides, wherein the Flanschaufnahmen the Flanschenden have inner contours, which correspond to the outer contours of the liner.
Durch die Abstimmung der Geometrie des Liners an die Flanschaufnahmen der Flanschenden kann der Liner in vorteilhafter Weise platzsparend innerhalb eines vorgegebenen Bauraumes mit den Flanschenden verbunden werden. Zudem kann der gesamte in den Flanschaufnahmen vorgesehene Hohlraum als Speichervolumen für das in dem Liner des Drucktankes zu bevorratende Medium genutzt werden.By matching the geometry of the liner to the Flanschaufnahmen the Flanschenden the liner can be advantageously connected to save space within a given space with the flange ends. In addition, the entire cavity provided in the flange receptacles can be used as a storage volume for the medium to be stored in the liner of the pressure tank.
Im Detail ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Korpus des Liners zwei gegenüberliegende Hälse aufweist, die jeweils in sich gegenüberliegende Kappen übergehen, wobei zwischen den Kappen ein Zentralkorpus des Liners ausgebildet ist.In detail, it is preferably provided that a body of the liner has two opposite necks, each in opposed to each other Go over caps, wherein between the caps a central body of the liner is formed.
Dabei sind die sich gegenüberliegenden Hälse im Zusammenbauzustand formschlüssig in die Flanschenden eingreifend und die jeweils sich gegenüberliegenden Kappen des Liners im Zusammenbauzustand formschlüssig in den Flanschaufnahmen einliegend, wobei die Flanschaufnahmen jeweils einen Flanschrand aufweisen, zwischen denen im Zusammenbauzustand der Zentralkorpus als Teil des Korpus des Liners angeordnet ist. Dieser Aufbau hat sich als vorteilhaft herausgestellt, da die sich gegenüberliegenden Hälse dazu dienen, den Liner in den Flanschenden zu fixieren, während die sich anschließenden Kappen über die Flanschaufnahmen formschlüssig in den Flanschenden positioniert werden können, wobei gleichzeitig über die Kappen bereits ein vergrößertes Speichervolumen zur Verfügung gestellt wird.The opposing necks are in the assembled state positively engaging in the Flanschenden and the respective opposite caps of the liner in the assembled state positively in the Flanschaufnahmen fitting, the Flanschaufnahmen each having a flange, between which arranged in the assembled state of the central body as part of the body of the liner is. This structure has been found to be advantageous because the opposite necks serve to fix the liner in the flange ends, while the subsequent caps can be positioned on the Flanschaufnahmen form fit in the flange, wherein at the same time on the caps already an enlarged storage volume for Is made available.
Vorgesehen ist bevorzugt, dass der zwischen den Flanschenden angeordnete Korpus des Liners in einer Längserstreckung des Strukturbauteiles gesehen einen gleichmäßigen Querschnitt aufweist. In verschiedenen Ausführungsformen ist der gleichmäßige Querschnitt des Korpus des Liners zwischen den Flanschenden kreisförmig oder elliptisch oder rechteckig. Die möglichen Ausführungsformen sind im Beschreibungsteil detailliert erläutert und dargestellt. Die Ausführungsformen mit einem gleichmäßigen Querschnitt sind in vorteilhafter Weise leichter herstellbar als die Ausführungsformen mit einem ungleichmäßigen Querschnitt.It is preferably provided that the body of the liner arranged between the flange ends has a uniform cross-section when viewed in a longitudinal extension of the structural component. In various embodiments, the uniform cross section of the body of the liner between the flange ends is circular or elliptical or rectangular. The possible embodiments are explained and illustrated in detail in the description part. The embodiments with a uniform cross section are advantageously easier to produce than the embodiments with a non-uniform cross section.
In einer anderen alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zwischen den Flanschenden angeordnete Korpus des Liners in einer Längserstreckung des Strukturbauteiles gesehen einen ungleichmäßigen Querschnitt aufweist.In another alternative embodiment, it is provided that the body of the liner arranged between the flange ends has a non-uniform cross-section when viewed in a longitudinal extent of the structural component.
In verschiedenen Ausführungsformen ist der ungleichmäßige Querschnitt des Korpus des Speicherbehälters tonnenförmig oder doppelkegelförmig oder kreisförmig/elliptisch.In various embodiments, the uneven cross-section of the body of the storage container is barrel-shaped or biconical or circular / elliptical.
Die möglichen Ausführungsformen sind im Beschreibungsteil detailliert erläutert und dargestellt.The possible embodiments are explained and illustrated in detail in the description part.
Die Ausführungsformen mit ungleichmäßigen Querschnitten sind zwar weniger leicht herstellbar, jedoch kann das Speichervolumen durch die Formgebung mit ungleichmäßigen Querschnitten hinsichtlich der Maximierung des Speichervolumens beeinflusst werden.Although the embodiments having uneven cross sections are less easy to manufacture, the storage volume may be affected by the shape of uneven cross sections in terms of maximizing the storage volume.
Hinsichtlich des Speichervolumens stellt ein gleichmäßiger runder Querschnitt des Liners das Optimum dar. Stellt das Speichervolumen jedoch nicht die alleinige Führungsgröße dar, kann in Abhängigkeit anderer Randbedingungen (Stabilität des Liners und/oder Wandstärke des Liners und/oder Gewicht des Liners) hinsichtlich der Formgebung der beste Kompromiss zwischen Volumen und Gewicht erreicht werden, so dass letztlich auch ungleichmäßige Querschnitte des Liners in Frage kommen.With regard to the storage volume, a uniform round cross section of the liner is the optimum. However, if the storage volume is not the sole reference variable, depending on other boundary conditions (stability of the liner and / or wall thickness of the liner and / or weight of the liner) with regard to the shape of the best compromise between volume and weight can be achieved, so that ultimately uneven cross-sections of the liner come into question.
Es wurde eine bevorzugte Ausführungsform mit dem ungleichmäßigen kreisförmigen/elliptischen Querschnitt des Korpus des Liners gefunden, der sich dadurch auszeichnet, dass der kreisförmige Querschnitt der Hälse mit sich einendseitig anschließenden kreisförmigen Kappen in anderenends elliptische Kappen übergeht, die bis zu der sich in Längserstreckung liegenden Mitte des Zentralkorpus des Speicherbehälters einen kreisförmigen Querschnitt annehmen. In vorteilhafter Weise wurde bei dieser Ausführungsform ein besonders großes Speichervolumen ausgebildet. Diese Form wurde zur Erreichung eines maximalen Speichervolumens in Abhängigkeit des vorhandenen Bauraums und den Steifigkeits- und Lastanforderungen des Strukturbauteils bestimmt und ist durch sein großes Speichervolumen besonders vorteilhaft. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die kreisförmigen Querschnitte der Hälse und die sich einendseitig anschließenden kreisförmigen Querschnitte der Kappen einen vorgebbaren Außendurchmesser aufweisen, wobei die anderenends ausgebildeten elliptischen Querschnitte der elliptischen Kappen die geometrisch definierten, hinsichtlich der Länge vorgebbaren Halbachsen (kleine und große Halbachse einer Ellipse) aufweist und der kreisförmige Querschnitt der Mitte des Zentralkorpus des Liners einen vorgebbaren Außendurchmesser aufweist.It has been found a preferred embodiment with the non-uniform circular / elliptical cross section of the body of the liner, which is characterized in that the circular cross section of the necks with one end subsequent circular caps in other end elliptical caps merges, which are up to the longitudinally extending center the central body of the storage container assume a circular cross-section. Advantageously, a particularly large storage volume was formed in this embodiment. This shape was determined to achieve a maximum storage volume depending on the available space and the stiffness and load requirements of the structural component and is particularly advantageous due to its large storage volume. It is preferably provided that the circular cross-sections of the necks and the one-sided subsequent circular cross sections of the caps have a predetermined outer diameter, the other end formed elliptical cross sections of the elliptical caps the geometrically defined, with respect to the length predetermined semi-axes (small and large half-axis of an ellipse) and the circular cross section of the center of the central body of the liner has a predeterminable outer diameter.
Als bevorzugte Ausführungsform wurde eine geometrische Festlegung bei der Ausgestaltung des Liners herausgefunden, nämlich dass die kleine Halbachse einem maximalen Radius des Innendurchmessers der ellipsoiden Flanschrandkonturen der Flanschaufnahmen und damit analog dem maximalen Radius des Außendurchmessers der Kappen des Speicherbehälters im Bereich des Übergangs des Speicherbehälters von den Kappen zu dem Zentralkorpus entspricht.As a preferred embodiment, a geometrical definition has been found in the design of the liner, namely that the small half-axis a maximum radius of the inner diameter of the ellipsoid Flandschrandkonturen the Flanschaufnahmen and thus analogous to the maximum radius of the outer diameter of the caps of the storage container in the region of the transition of the storage container of the caps corresponds to the central body.
Eine andere geometrische Festlegung der Ausführungsform wurde ebenfalls gefunden, die darin besteht, dass die große Halbachse dem maximalen Radius des Außendurchmessers des Liners in der Mitte des Zentralkorpus des Liners entspricht.Another geometric definition of the embodiment has also been found, which consists in that the large semiaxis corresponds to the maximum radius of the outer diameter of the liner in the middle of the central body of the liner.
Hinzu kommt in dieser bevorzugten Ausführungsform eine Festlegung, die den Übergang zwischen dem elliptischen Querschnitt der Kappen im Bereich des Übergangs des Liners von den elliptischen Kappen zu dem Zentralkorpus betrifft.In addition, in this preferred embodiment, a determination is made concerning the transition between the elliptical cross-section of the caps in the region of the transition of the liner from the elliptical caps to the central body.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Überführung des elliptischen Querschnittes der Kappen des Liners im Bereich des Übergangs des Liners von den elliptischen Kappen zu dem Zentralkorpus zu dem in der Mitte des Zentralkorpus ausgebildeten kreisrunden Querschnitt des Liners mit dem vorgebbaren Außendurchmesser tangentenstetig erfolgt. According to the invention, the transfer of the elliptical cross section of the caps of the liner in the region of the transition of the liner from the elliptical caps to the central body to the formed in the middle of the central body circular cross section of the liner with the predetermined outer diameter tangent-like.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass eine indirekte feste Verbindung zwischen Speicherbehälter (Liner) und Flanschaufnahme durch ein als Faserverbundlaminat ausgeführtes Verbindungselement bewirkt ist, welches zumindest teilweise eine Mantelfläche der Flanschaufnahme und zumindest teilweise eine Mantelfläche des Speicherbehälters einstückig umgibt.According to the invention, it is further provided that an indirect, firm connection between the storage container (liner) and flange receptacle is effected by a connecting element designed as a fiber composite laminate, which at least partially surrounds a lateral surface of the flange receptacle and at least partially a lateral surface of the storage container in one piece.
In vorteilhafter Weise bilden der Speicherbehälter und das Flanschende eine Einheit, die mittels des Verbindungselementes fest indirekt verbunden werden. Durch die ausgeführte Faserverbundschicht werden der Speicherbehälter und das Flanschende in vorteilhafter Weise miteinander verbunden, ohne dass die üblichen Verbindungstechniken zum Einsatz kommen. In der Beschreibung ist detailliert erläutert, wie die indirekte Verbindung zwischen dem Speicherbehälter und dem Flanschende ausgeführt ist und hergestellt wird. Durch die Integration des Speicherbehälters im Strukturbauteil, insbesondere in einem Querträger, wird in einem Fahrzeug in vorteilhafter Weise Bauraum gewonnen, da der zuvor außerhalb des Strukturbauteiles angeordnete Speicherbehälter jetzt innerhalb des Strukturbauteiles angeordnet ist.Advantageously, the storage container and the flange end form a unit, which are firmly connected indirectly by means of the connecting element. By running fiber composite layer of the storage container and the flange are connected to each other in an advantageous manner, without the usual connection techniques are used. In the description is explained in detail how the indirect connection between the storage container and the flange is executed and made. Due to the integration of the storage container in the structural component, in particular in a cross member, installation space is advantageously obtained in a vehicle, since the storage container previously arranged outside the structural component is now arranged within the structural component.
Darüber hinaus wird in vorteilhafter Weise dafür gesorgt, dass das Strukturbauteil den Stabilitätsanforderungen und Festigkeitsanforderungen innerhalb eines Fahrgestellrahmens genügt und gleichzeitig ein geringes Gewicht aufweist.In addition, it is advantageously ensured that the structural component meets the stability requirements and strength requirements within a chassis frame and at the same time has a low weight.
Vorgesehen ist außerdem bevorzugt, dass der Liner beispielsweise aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, insbesondere aus Polyethylen oder Polyamid oder Polyoxymethylen, gefertigt ist.It is also preferred that the liner is made, for example, from a thermoplastic material, in particular from polyethylene or polyamide or polyoxymethylene.
Der Liner stellt dabei eine Dichtschicht dar, während die Drucklasten bei einer Druckbefüllung des Liners und die Masselasten bei Befüllung des Liners mit einem Medium hoher Dichte von der als Verbindungselement vorgesehenen, den Liner umgebenden Wandung übernommen werden.The liner is in this case a sealing layer, while the pressure loads are taken on a pressure filling of the liner and the mass loads when filling the liner with a medium of high density of the intended as a connecting element, the liner surrounding wall.
Der Liner dient während der Herstellung des Querträgers ferner in vorteilhafter Weise des Bauteils als Hüllkern, um den die genannte Wandung, insbesondere durch Wickeln, aufgebaut wird, wie noch erläutert wird.During the production of the cross member, the liner also advantageously serves as the component of the envelope around which the said wall, in particular by winding, is constructed, as will be explained below.
Durch die Herstellung des Liners aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial und/oder durch die Herstellung des Flanschendes aus mindestens einem Leichtbaumaterial, insbesondere aus Aluminium, wird bereits dafür gesorgt, dass das Strukturbauteil ein geringes Gewicht aufweist.By the production of the liner from a thermoplastic material and / or by the production of the flange of at least one lightweight material, in particular aluminum, it is already ensured that the structural component has a low weight.
Hinzu kommt erfindungsgemäß, dass das Verbindungselement, welches die beiden Bauteile, den Liner und das Flanschende, indirekt miteinander verbindet, ebenfalls aus einem leichten Werkstoff, insbesondere aus dem Faserverbundlaminat, ausgebildet ist, so dass das Strukturbauteil aus drei Bauteilen besteht, die in der vorteilhaftesten Ausgestaltung alle aus einem leichten Werkstoff ausgebildet sind, wodurch sich ein Strukturbauteil mit einem sehr geringen Gewicht ergibt.In addition, according to the invention, the connecting element, which indirectly connects the two components, the liner and the flange end, is likewise made of a lightweight material, in particular of the fiber composite laminate, so that the structural component consists of three components, which in the most advantageous Design are all formed of a lightweight material, resulting in a structural component with a very low weight.
Vorgesehen ist bevorzugt, dass die Flanschaufnahme des Flanschendes schalenartig ausgebildet ist, wobei eine Außenkontur einer Kappe des Liners mit einer Innenkontur der schalenartigen Flanschaufnahme korrespondiert. Durch diese Lösung wird in vorteilhafter Weise dafür gesorgt, dass der Liner unabhängig von der indirekten Verbindung mit dem Flanschende durch den erzielten Formschluss gegenüber dem Flanschende in eine gewünschte Position kommt, bevor die indirekte Verbindung zwischen Flanschende und Liner hergestellt wird.It is preferably provided that the flange receptacle of the flange end is formed like a shell, wherein an outer contour of a cap of the liner corresponds to an inner contour of the cup-like Flanschaufnahme. This solution advantageously ensures that the liner, irrespective of the indirect connection with the flange end, comes to a desired position with respect to the end of the flange, before the indirect connection between flange end and liner is produced.
Der Liner weist seinerseits eine Kappe auf, die es ermöglicht, dass der Liner formschlüssig in die schalenartige Flanschaufnahme des Flanschendes gesteckt werden kann, wobei die Flanschaufnahme an ihrem dem Flanschende gegenüberliegenden Ende einen Flanschrand bildet. Der Flanschrand bildet den Übergang der Flanschaufnahme zu dem Liner, wie in der Beschreibung näher erläutert ist.The liner in turn has a cap which allows the liner to be positively inserted into the cup-like flange receptacle of the flange end, the flange receptacle forming a flanged edge at its end opposite the flange end. The flange edge forms the transition of the Flanschaufnahme to the liner, as explained in more detail in the description.
Vorgesehen ist ferner bevorzugt, dass das Flanschende auf seiner zu dem Liner gerichteten Innenseite eine kreisförmig umlaufende Flanschnut aufweist, wobei in der Flanschnut eine Gleitbuchse und eine Dichtung angeordnet sind. Dadurch ist in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass eine passgenaue Aufnahme und Lagerung des Liners in dem Flanschende möglich ist, wobei gleichzeitig dafür gesorgt ist, dass der Liner gegenüber dem Flanschende abgedichtet ist.It is further preferred that the flange end has a circular circumferential flange groove on its inner side facing the liner, a sliding bushing and a seal being arranged in the flange groove. As a result, it is ensured in an advantageous manner that a precisely fitting recording and storage of the liner in the flange is possible, while at the same time it is ensured that the liner is sealed against the flange.
Das Strukturbauteil ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass ein Hals des Liners einerseits über die Gleitbuchse formschlüssig in die Flanschnut des Flanschendes eingesteckt ist, wobei die Dichtung für eine Abdichtung gegenüber dem Flanschende sorgt. Um einen Übergang zwischen dem Ende des Liners und dem Flanschende zu gewährleisten, weist der Liner in vorteilhafter Weise den Hals auf.The structural component is preferably characterized in that a neck of the liner on the one hand via the sliding bush is positively inserted into the flanged groove of the flange, wherein the seal provides a seal against the flange. To ensure a transition between the end of the liner and the flange end, the liner advantageously has the neck.
Das Verbindungselement ist, wie bereits erläutert, als Faserverbundlaminat ausgebildet, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass das Faserverbundlaminat als ein Faserkunststoffverbund aus einer Kunststoffmatrix als Bettungsmasse und in der Bettungsmasse einliegenden Verstärkungsfasern, insbesondere Kohlenstofffasern, gefertigt ist, wobei die Kohlenstofffasern durch zumindest teilweises Umwickeln der Flanschaufnahme und zumindest teilweises Umwickeln des Liners das Verbindungselement bilden, welches die indirekte Verbindung zwischen der Flanschaufnahme des Flanschendes und dem Liner herstellt. The connecting element is, as already explained, formed as a fiber composite laminate, wherein it is preferably provided that the fiber composite laminate is made as a fiber plastic composite of a plastic matrix as a bedding mass and in the ballast lining reinforcing fibers, in particular carbon fibers, wherein the carbon fibers by at least partially wrapping the Flanschaufnahme and at least partially wrapping the liner forming the connection element which establishes the indirect connection between the flange receptacle of the flange end and the liner.
Durch diese Vorgehensweise ist es einfach möglich, die Flanschaufnahme des Flanschendes und den Liner über das oberhalb der Mantelfläche der Flanschaufnahme und über das oberhalb der Mantelfläche des Liners angeordnete Faserverbundlaminat indirekt miteinander zu verbinden, wobei die äußere Form der Flanschaufnahme und des Liners sehr variabel ausgestaltet werden können.By this procedure, it is easily possible to indirectly connect the flange receptacle of the flange end and the liner via the above the lateral surface of the Flanschaufnahme and above the outer surface of the liner arranged fiber composite laminate, wherein the outer shape of the Flanschaufnahme and the liner are designed very variable can.
Das zumindest teilweise Umwickeln der Mantelfläche der Flanschaufnahme und das zumindest teilweise Umwickeln der Mantelfläche des Liners ist eine Technik, die hinsichtlich der Formgebung des als Verbindungselement ausgebildeten Faserverbundlaminats nicht auf kreiszylindrische Geometrien beschränkt ist.The at least partially wrapping the lateral surface of the flange receptacle and the at least partially wrapping the lateral surface of the liner is a technique that is not limited to circular cylindrical geometries with respect to the shape of the composite fiber laminate formed as a connecting element.
Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Verbindungstechnik mittels des Faserverbundlaminates stellt zwischen der Flanschaufnahme und dem Liner eine indirekte Verbindung her, bei der die Bauteile zueinander lagefest angeordnet sind, ohne dass die Flanschaufnahme und der Liner direkt miteinander verbunden sind. Insofern wird durch das Faserverbundlaminat eine indirekte Verbindung zwischen der Flanschaufnahme und dem Liner hergestellt. Dadurch wird der Effekt erzielt, dass sich der Liner im Rahmen des zur Verfügung stehenden Zwischenraumes zwischen der Innenfläche des Faserverbundlaminates und der Außenfläche des Liners bei einer Materialabkühlung zusammenziehen und bei einer Materialerwärmung ausdehnen kann.In other words, the connection technique according to the invention by means of the fiber composite laminate establishes an indirect connection between the flange receptacle and the liner, in which the components are arranged fixed relative to one another without the flange receptacle and the liner being directly connected to one another. In this respect, an indirect connection between the flange receptacle and the liner is produced by the fiber composite laminate. As a result, the effect is achieved that the liner can contract in the context of the available space between the inner surface of the fiber composite laminate and the outer surface of the liner in a cooling material and can expand when a material warming.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist der Liner mindestens einseitig eine Lineröffnung und das Flanschende mindestens eine mit der Lineröffnung in Verbindung stehende Flanschöffnung auf. Durch die mindestens eine Lineröffnung und die mindestens eine Flanschöffnung ist die Zuführung und Entnahme des in dem Liner bevorrateten Mediums möglich. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um unter Druck stehende Luft, wobei auch andere gasförmige oder flüssige Medien in dem Liner bevorratet werden können.In a preferred embodiment of the invention, the liner on at least one side of a liner opening and the flange end at least one standing in contact with the liner opening flange opening. The at least one liner opening and the at least one flange opening enable the supply and removal of the medium stored in the liner. The medium is, for example, pressurized air, although other gaseous or liquid media may be stored in the liner.
Wird das Strukturbauteil als Querträger in dem Fahrgestellrahmen eingesetzt, ist vorgesehen, dass das Strukturbauteil zwei Flanschenden mit jeweils einer Flanschaufnahme aufweist, die den Liner beidseitig lose aufnehmen, wobei die indirekte feste Verbindung zwischen dem Liner und den Flanschaufnahmen durch das als Faserverbundlaminat ausgeführte Verbindungselement bewirkt ist, welches zumindest teilweise die Mantelflächen der Flanschaufnahmen und zumindest teilweise die Mantelfläche des Liners einstückig umgibt, wobei im Einbauzustand, bei dem der Querträger zwischen zwei Längsträgern des Fahrgestellrahmens angeordnet ist, auf die Flanschenden wirkende Kräfte in vorteilhafter Weise über das Verbindungselement übertragbar sind.If the structural component is used as a crossbeam in the chassis frame, it is provided that the structural component has two flange ends, each with a flange receiving loosely on both sides of the liner, wherein the indirect fixed connection between the liner and the flange is effected by the connecting element designed as fiber composite laminate which at least partially surrounds the lateral surfaces of the flange receptacles and at least partially the lateral surface of the liner, wherein in the installed state, in which the cross member is arranged between two longitudinal members of the chassis frame, forces acting on the flange ends can advantageously be transmitted via the connecting element.
Ein Querträger als bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung wird erfindungsgemäß in einem Verfahren hergestellt, welches folgende Schritte umfasst:
- a) Fertigen von zwei Flanschenden mit je einer Flanschaufnahme,
- b) Fertigen eines Liners,
- c) Einstecken des Liners in die Flanschaufnahmen, so dass die Flanschaufnahmen den Liner im Zusammenbauzustand beidseitig endseitig lose aufnehmen.
- a) manufacture of two flange ends, each with a flange receptacle,
- b) finishing a liner,
- c) inserting the liner into the flange receptacles, so that the flange receptacles loosely receive the liner on both sides in the assembled state.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem Schritt d) eine Mantelfläche der Flanschaufnahmen zumindest teilweise und eine Mantelfläche des Liners zumindest teilweise mit einem Verbindungselement aus einem Faserverbundlaminat umgeben wird, wodurch die Flanschaufnahmen und der Liner nach Fertigstellung des Verbindungselementes indirekt fest verbunden sind.According to the invention, in a step d), a lateral surface of the flange receptacles is at least partially and a lateral surface of the liner at least partially surrounded by a connecting element made of a fiber composite laminate, whereby the Flanschaufnahmen and the liner are indirectly fixed after completion of the connecting element.
Prinzipiell ist ein Strukturbauteil mit nur einem Flanschende mit folgenden Schritten herstellbar:
- a) Fertigen eines Flanschendes mit einer Flanschaufnahme,
- b) Fertigen eines Liners,
- c) Einstecken des Liners in die Flanschaufnahme, so dass die Flanschaufnahme den Liner im Zusammenbauzustand endseitig lose aufnimmt.
- a) producing a flange end with a flange receptacle,
- b) finishing a liner,
- c) inserting the liner into the flange receptacle, so that the flange receptacle loosely receives the liner in the assembled state at the end.
Erfindungsgemäß ist dann vorgesehen, dass in einem Schritt d) die Mantelfläche einer Flanschaufnahme zumindest teilweise und die Mantelfläche des Liners zumindest teilweise mit einem Verbindungselement aus einem Faserverbundlaminat umgeben wird, wodurch die Flanschaufnahme und der Liner nach Fertigstellung des Verbindungselementes indirekt fest verbunden sind.According to the invention, it is then provided that in a step d) the lateral surface of a flange receptacle is at least partially surrounded and the lateral surface of the liner at least partially with a connecting element made of a fiber composite laminate, whereby the Flanschaufnahme and the liner are connected firmly after completion of the connecting element.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1A einen Fahrgestellrahmen eines Nutzfahrzeuges in einer perspektivischen Darstellung mit einem als Einzelheit I herausgezogenen Querträger als Strukturbauteil des Fahrgestellrahmens nach dem Stand der Technik; -
1B den Querträger gemäß 1A in einer perspektivischen Darstellung gemäß der in1A dargestellten Einzelheit I; -
2A einen mit einem integrierten Liner versehenen erfindungsgemäßen Querträger in einer ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Darstellung in Längsträgern eines Fahrgestellrahmens; -
2B den mit dem integrierten Liner versehenen Querträger gemäß der2A in einer anderen perspektivischen Darstellung in einer Einzeldarstellung; -
3 eine Schnittdarstellung in einer perspektivischen Ansicht durch den Querträger gemäß2B ; -
4 eine Einzelheit II des Querträgers gemäß3 in einer Schnittdarstellung; -
5 eine Draufsicht auf ein Flanschende des erfindungsgemäßen Querträgers; -
6 eine perspektivische Ansicht auf eine erste spezifische Ausführungsform eines in den Querträger integrierten Tankes; -
7A-7D perspektivische Ansichten auf weitere spezifische Ausführungsformen des in den Querträger integrierten Tankes mit gleichmäßigen Querschnitten; -
8A-8B perspektivische Ansichten auf weitere spezifische Ausführungsformen des in den Querträger integrierten Tankes mit ungleichmäßigen Querschnitten.
-
1A a chassis frame of a commercial vehicle in a perspective view with a pulled out as a detail I cross member as a structural component of the chassis frame according to the prior art; -
1B according to thecross member 1A in a perspective view according to the in1A shown detail I; -
2A a cross member according to the invention provided with an integrated liner in a first embodiment in a perspective view in longitudinal members of a chassis frame; -
2 B the provided with the integrated liner cross member according to2A in another perspective view in a single representation; -
3 a sectional view in a perspective view through the cross member according to2 B ; -
4 a detail II of the cross member according to3 in a sectional view; -
5 a plan view of a flange of the cross member according to the invention; -
6 a perspective view of a first specific embodiment of an integrated into the cross member tank; -
7A-7D perspective views of further specific embodiments of the tank integrated in the cross member with uniform cross-sections; -
8A-8B perspective views of other specific embodiments of integrated in the cross member tank with non-uniform cross-sections.
Für die Zwecke der Beschreibung soll die in Längsrichtung eines Fahrzeuges liegende Richtung mit „x“ bezeichnet werden. Mit „y“ wird die Richtung in der Horizontalen des Fahrzeuges quer zur x-Richtung bezeichnet, und mit „z“ wird die Richtung in der Vertikalen des Fahrzeuges quer zur x-Richtung bezeichnet. Diese Bezeichnungsweise der Raumrichtungen in kartesischen Koordinaten entspricht dem in der Kraftfahrzeugindustrie allgemein verwendeten Koordinatensystem. Innerhalb aller Figuren werden nachfolgend die gleichen Bezugszeichen für gleiche Bauteile verwendet, wobei gegebenenfalls nicht in jeder Figur erneut alle bereits vorgestellten Bauteile anhand der Bezugszeichen nochmals erläutert werden.For the purposes of the description, the direction lying in the longitudinal direction of a vehicle shall be denoted by "x". "Y" denotes the direction in the horizontal of the vehicle transverse to the x-direction, and "z" denotes the direction in the vertical of the vehicle transverse to the x-direction. This designation of the spatial directions in Cartesian coordinates corresponds to the coordinate system commonly used in the automotive industry. Within all figures, the same reference numerals for the same components are used below, which may not be explained again in each figure again all components already presented by reference numerals.
Die
Das Nutzfahrzeug
Der Fahrgestellrahmen
Der in
Der mit 1' bezeichnete Querträger liegt im Unterschied zu den Querträgern
Die zwischen den Längsträgern angeordneten Querträger
Ein erfindungsgemäß mit dem Bezugszeichen
Wie in den
Die Flanschenden
Der nachfolgend anhand der
Der erfindungsgemäße Querträger
Die
Der Liner
Der mit dem integrierten Drucktank versehene Querträger
Die Flanschenden
Zur Reduzierung des Gewichts wird der Querträger
Mit anderen Worten, der erfindungsgemäße Querträger
Die
Die Flanschenden
Die Flanschenden
Aufgrund der hohen Anzugsmomente werden die Flanschplatten
Die Flanschenden
Die Flanschenden
Eine weitere vorgefertigte Komponente ist als ein Liner
Durch diese vorbeschriebene Ausgestaltung kann der jeweilige Hals
Der Querträger
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Speicherbehälter
In einer alternativen Ausgestaltung wird der Liner
Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit, dass der Liner
Die Materialauswahl erfolgt in Abhängigkeit der gewünschten Stabilität des Liners, dem Gewicht und/oder der Dichtigkeit gegenüber dem im Liner
Die zu dem Zusammenbauteil zusammengefügten Bauteile, die vorgefertigten Flanschenden
Vorgeschlagen wird die Ausbildung eines Verbindungselementes
Dabei wird wie folgt vorgegangen: Das den Liner
Das Verbindungselement
Das Verbindungselement
In einer optionalen Ausgestaltung kann auf die Flansche
In einer Ausgestaltung zur Herstellung des Verbindungselementes
Die Wickelkämme
Um einen Übergang zwischen den Rändern
Nach Fertigstellung, das heißt nach dem Wickeln und Aushärten des Verbindungselementes
Zudem werden im Übergang zwischen den Flanschplatten
Der Vorteil ist, dass das Verbindungselement
Alternativ kann als Herstellungsart statt des Nasswickelverfahrens das als RTM-Verfahren (Abkürzung englisch: Resin Transfer Molding) bezeichnete Harzinjektionsverfahren zum Einsatz kommen, wobei der Vorteil darin besteht, dass querträgerseitig der jeweilige Wickelkamm 20 beziehungsweise die nach Fertigstellung in dem Querträger
Wie bereits erläutert, wurde zuvor der Liner
Eine nur einseitige Loslagerung des Liners
Vorgesehen ist, dass der Liner
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Liner
Im Ausführungsbeispiel ist der Liner
In den Flanschöffnungen
Als eine derzeit bevorzugte Ausführungsvariante werden die Flanschenden
Ein besonders großes Volumen des Drucktanks wird dadurch erreicht, dass der Liner
Eine den Innendruck gleichmäßig aufnehmende Form eines Liners
Ein kreisrunder zylindrischer Querschnitt ist in
Formgebung des Flanschendes
Als Anforderung für den Querträger
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die zugehörige Flanschaufnahme
Eine in
Ellipsen werden über Halbachsen definiert. Mit Halbachsen werden die charakteristischen Radien einer Ellipse bezeichnet. Es wird zwischen der großen - hier b1 - und der kleinen Halbachse - hier a1 - unterschieden.Ellipses are defined by semiaxes. Semi-axes are the characteristic radii of an ellipse. There is a distinction between the large - here b1 - and the small semiaxis - here a1 -.
Die große Halbachse
Die in
Mit Zentralkorpus
Der in den
Die in
Die Überführung des elliptischen Querschnittes der Kappen
In der Zusammenschau mit der
Die gegenüberliegenden Hälse
Die Kappen
Mit anderen Worten, die sich an die Hälse
Noch anders gesagt, die Kappen
In
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist innerhalb des Rastermaßes
Unter Aufhebung der Vorgabe, dass die Außenkontur des Liners
In einer besonderen Ausgestaltung der ersten Ausführungsform kann ebenfalls unter Aufhebung der Vorgabe, dass die Außenkontur des Liners
Stellvertretend für die genannten Bauraumsituationen ist eine Erläuterung eines alternativen Ausführungsbeispiels der ersten Ausführungsform anhand der
Ausgehend von dem durch die Längsachse
Die
Die
Der gleichmäßige ellipsoide Querschnitt geht dabei nicht über das Rastermaß
Die
Dieser Liner
Die
Die
Die
Die sechste Ausführungsform ähnelt der ersten Ausführungsform, jedoch gehen die Kappen
Die Außendurchmesser der Hälse
Die
In der siebenten Ausführungsform gehen die Kappen
Die Außendurchmesser der Hälse
Die Liner
Hinsichtlich der Formgebung wird zusammenfassend ausgeführt, dass die Auswahl in Abhängigkeit des zur Verfügung stehenden Bauraumes für den Querträger
Dabei wurden erfindungsgemäß Formen herausgefunden - insbesondere gemäß
Bei den verschiedenen Ausführungsformen wird hinsichtlich des maximalen Speichervolumens eine Optimierung vorgenommen, wobei die Optimierung auch hinsichtlich der im Betrieb als auch im Crashfall maximal auftretenden Zugkräfte, Druckkräfte, Biegungskräfte und Torsionskräfte vorgenommen wird, so dass die Wandstärken des Liners
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- NN
- Nutzfahrzeugcommercial vehicle
- Y1, Y2, Y3Y1, Y2, Y3
- Radachsenaxles
- 100100
- Fahrgestellrahmenchassis frame
- 11
- Querträger (Stand der Technik)Crossmember (prior art)
- 1'1'
- Querträger (Stand der Technik)Crossmember (prior art)
- 1A1A
- Flanschenden (Stand der Technik)Flange ends (prior art)
- 1B 1B
- Hohlprofilhollow profile
- 22
- Längsträgerlongitudinal beams
- 33
- AchsaufhängungAxle
- 1010
- Strukturbauteil, Querträger (Erfindung)Structural component, cross member (invention)
- 10A10A
- Flanschendenflanging
- 10A-110A-1
- Flanschplatteflange
- 10A-1110A-11
- Flanschnutflange groove
- 10A-1210A-12
- Flanschöffnungflange
- 10A-210A-2
- Flanschaufnahmeflange mounting
- 10A-2110A-21
- Flanschrand, FlanschrandkonturFlange edge, flanged edge contour
- 10A-2210A-22
- Vertiefungdeepening
- 10B10B
- Verbindungselementconnecting member
- 10C10C
- Gleitbuchsebush
- 10D10D
- Dichtringseal
- 10E10E
- Speicherbehälter (Liner)Storage tank (liner)
- 10E-110E-1
- Halsneck
- 10E-210E-2
- Kappecap
- 10E-2110E-21
- elliptische Flanschrandkontur der Kappeelliptical flange edge contour of the cap
- 10E-310E-3
- ZentralkorpusCentral body
- 10E-3110E-31
- kreisförmige Kontur des Zentralkorpuscircular contour of the central body
- 10F10F
- Keilringwedge ring
- 2020
- Wickelkammwinding ridge
- aa
-
Rastermaß der Flanschplatte
10A-1 des QuerträgersGrid dimension of theflange plate 10A-1 of the crossbeam - bb
-
Rastermaß der Flanschplatte
10A -1Grid dimension of theflange plate 10A -1 - a1a1
- Halbachse einer EllipseHalf axis of an ellipse
- d1d1
-
Außendurchmesser eines Halses
10E-1 des Liners 10EOuter diameter of aneck 10E-1 of theliner 10E - b1b1
- Halbachse einer EllipseHalf axis of an ellipse
- d2d2
-
Außendurchmesser eines Zentralkorpus
10E-3 des Liners 10EOuter diameter of acentral body 10E-3 of theliner 10E - L1L1
- elliptische Linieelliptical line
- L2L2
- kreisförmige Liniecircular line
- L3L3
- kreisförmige Liniecircular line
- L4-1L4-1
- Linie des unteren WandbereichsLine of the lower wall area
- L4-2L4-2
- Linie des oberen WandbereichsLine of the upper wall area
- II
-
Einzelheit gemäß
1A Detail according to1A - IIII
-
Einzelheit gemäß
3 Detail according to3 - MM
-
Mittelpunkt des Zentralkorpus
10E-3 des Liners 10ECenter of thecentral body 10E-3 of theliner 10E - M'M '
-
um Δz verschobener Mittelpunkt des Zentralkorpus
10E-3 des Liners 10Ecenter point of the central body shifted byΔz 10E-3 of theliner 10E - M"M "
-
Mittelpunkt der Flanschrandkontur
10E-21 der Kappe10E des Liners 10ECenter of theflange edge contour 10E-21 thecap 10E of theliner 10E - xx
- Längsrichtung eines FahrzeugesLongitudinal direction of a vehicle
- +x+ x
- Richtung in der üblichen Fahrtrichtung eines FahrzeugsDirection in the usual direction of travel of a vehicle
- -x-x
- Richtung entgegen der üblichen Fahrtrichtung +xDirection opposite to the usual direction + x
- yy
- Richtung in der Horizontalen quer zur x-RichtungDirection in the horizontal direction transverse to the x-direction
- ys y s
- Längsachselongitudinal axis
- zz
- Richtung in der Vertikalen quer zur x-RichtungDirection in the vertical direction transverse to the x-direction
- Δ-ZΔ-Z
- vertikales Maßvertical dimension
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102011116656 B3 [0005]DE 102011116656 B3 [0005]
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