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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung mit einem ersten Fahrzeugrahmenbauteil, einem zweiten Fahrzeugrahmenbauteil, wobei das erste Fahrzeugrahmenbauteil und das zweite Fahrzeugrahmenbauteil in Höhenrichtung übereinander angeordnet sind, mit wenigstens einer Schraubverbindung mit einer Schraube und einem die Schraube aufnehmenden Gewindegegenstück, wobei durch die Schraubverbindung das erste Fahrzeugrahmenbauteil und das zweite Fahrzeugrahmenbauteil miteinander verbunden sind, und mit einer der Schraubverbindung zugeordneten Hülse, die einen Schraubenschaft der Schraube bezogen auf die Längserstreckung der Schraube wenigstens teilweise umgibt und die in einer Hülsenaufnahme am zweiten Fahrzeugrahmenbauteil angeordnet ist.
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Aus der
DE 20 2009 012 255 U1 ist eine kraftaufnehmende und spielfreie Verbindung für einen Achsträger bekannt, bei der ein Krafteinleitungselement in einer Ausnehmung einer Grundplatte befestigt ist.
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Die
DE 10 2015 208 898 B3 zeigt ein Befestigungssystem zur Anbindung eines Achshilfsrahmens an eine Karosserie eines Fahrzeugs mittels einer Hülse.
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Bei miteinander verbundenen Fahrzeugrahmenbauteilen ist zu beachten, dass bei Kollisionen, insbesondere bei Frontalkollisionen, die kinetische Energie in Verformungsenergie umgewandelt wird. Dabei sollen sich die miteinander verbundenen Fahrzeugrahmenbauteile verformen können, um so Energie abbauen zu können. Das Verformen solcher Fahrzeugrahmenbauteile ist allerdings nur dann möglich, wenn die Verbindungsstellen in Form von Schrauben der Belastung standhalten.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Verbindungsanordnung anzugeben, bei der sichergestellt werden kann, dass eine für die Verbindung erforderliche Schraubverbindung im Kollisionsfall nicht abschert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen Kraftfahrzeugrahmen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird also eine Verbindungsanordnung mit einem ersten Fahrzeugrahmenbauteil, einem zweiten Fahrzeugrahmenbauteil, wobei das erste Fahrzeugrahmenbauteil und das zweite Fahrzeugrahmenbauteil in Höhenrichtung übereinander angeordnet sind, ferner mit wenigstens einer Schraubverbindung mit einer Schraube und einem die Schraube aufnehmenden Gewindegegenstück, wobei durch die Schraubverbindung das erste Fahrzeugrahmenbauteil und das zweite Fahrzeugrahmenbauteil miteinander verbunden sind; und mit einer der Schraubverbindung zugeordneten Hülse, die einen Schraubenschaft der Schraube bezogen auf die Längserstreckung der Schraube wenigstens teilweise umgibt und die in einer Hülsenaufnahme am zweiten Fahrzeugrahmenbauteil angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Hülse derart ausgebildet ist, dass ein zwischen einer Innenseite der Hülse und dem Schraubenschaft gebildeter Innenabstand und ein zwischen einer Außenseite der Hülse und einer Innenseite der Hülsenaufnahme gebildeter Außenabstand unterschiedlich groß sind, wobei der Innenabstand mindestens 150% des Außenabstands beträgt.
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Der Innenabstand zwischen Schraubenschaft und Hülse ist somit in jedem größer als der Außenabstand zwischen der Hülse und dem kraftaufnehmenden Fahrzeugrahmenbauteil. Entsprechend ist für den Kollisionsfall sichergestellt, dass die Hülse zuerst an der Karosserie ansteht, so dass wirkende Kräfte durch die Hülse übertragen werden, ohne dass die Hülse an dem Schraubenschaft ansteht, so dass dieser abscheren könnte.
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Der Innenabstand kann bezogen auf eine erste Hauptrichtung (X), die im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Verbindungsanordnung in einem Fahrzeug einer Längsrichtung des Fahrzeugs entspricht, mindestens 200% des Außenabstands betragen. Durch diesen in Längsrichtung des Fahrzeugs größeren Innenabstand kann das Abscheren der Schraubverbindung bei einer hauptsächlich in Längsrichtung wirkenden Frontalkollision verhindert werden.
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Der Innenabstand kann bezogen auf eine zweite Hauptrichtung (Y), die im bestimmungsgemäßen Gebrauch der Verbindungsanordnung in einem Fahrzeug einer Breitenrichtung des Fahrzeugs entspricht, mindestens 150% des Außenabstands betragen. Ein solcher Innenabstand in Breitenrichtung ist in der Regel ausreichend, um die Schraubverbindung auch im Kollisionsfall während der Deformation der Karosserie nicht abzuscheren.
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Die Hülse kann materialschlüssig mit dem ersten Fahrzeugrahmenbauteil verbunden sein. Dies verbessert die Übertragung von Kräften durch die Hülse. Ferner kann auf diese Weise die Hülse einfach in die am zweiten Fahrzeugrahmenbauteil vorgesehene Ausnehmung eingeführt werden und die beiden Fahrzeugrahmenbauteile zueinander ausgerichtet werden.
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Die Hülse kann hohlzylindrisch ausgebildet sein mit einer vieleckigen, insbesondere rechteckigen Grundfläche. Dabei weist die Hülse insbesondere gerundete Ecken auf. Durch eine solche Formgebung ist es in einfacher Weise möglich, die gewünschten Innenabstände bzw. Außenabstände zu erreichen, insbesondere unter Berücksichtigung der betreffenden Hauptrichtung.
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Entsprechend kann die Hülse eine entlang der ersten Hauptrichtung gemessene Länge aufweisen, die kleiner ist als eine entlang der zweiten Hauptrichtung gemessenen Breite.
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Das erste Fahrzeugrahmenbauteil kann ein Achsträger, insbesondere ein Vorderachsträger, eines Fahrzeugs sein, und das zweite Fahrzeugrahmenbauteil kann ein Längsträger des Fahrzeugs sein.
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Die oben beschriebene Aufgabe wird auch gelöst durch einen Kraftfahrzeugrahmen oder eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem ersten Fahrzeugrahmenbauteil, insbesondere einem Achsträger, und einem zweiten Fahrzeugrahmenbau-teil, insbesondere einem Längsträger, wobei das erste Fahrzeugrahmenbauteil und das zweite Fahrzeugrahmenbauteil mittels einer oben beschriebenen Verbindungsanordnung miteinander verbunden sind.
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Ferner wird die Aufgabe auch gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeugrahmen bzw. einer solchen Karosserie.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:
- 1 in einer vereinfachten und schematischen Perspektivdarstellung einen Teil eines Fahrzeugrahmens bzw. einer Fahrzeugkarosserie mit einem ersten Fahrzeugrahmenbauteil und einem zweiten Fahrzeugrahmenbauteil;
- 2 eine Schnittansicht durch eine Verbindungsanordnung etwa entsprechend der Schnittlinie II-II der 1;
- 3 eine Schnittansicht durch die Verbindungsanordnung etwa entsprechend der Schnittlinie III-III der 1;
- 4 eine vergrößerte Schnittansicht etwa entsprechend der Schnittlinie IV-IV der 3.
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1 zeigt in einer vereinfachten Perspektivdarstellung einen vorderen Teil eines Fahrzeugrahmens 10. Der Fahrzeugrahmen 10 umfasst als erstes Fahrzeugrahmenbauteil 12 einen Vorderachsträger, der nachfolgend mit dem gleichen Bezugszeichen angesprochen wird. Der Vorderachsträger 12 umfasst einen bezogen auf eine Längsrichtung X (erste Hauptrichtung) einen vorderen Querträger 14 und einen hinteren Querträger 16. Die beiden Querträger 14, 16 erstrecken sich im Wesentlichen entlang der Breitenrichtung Y (zweite Hauptrichtung).
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Der vordere Querträger 14 ist an oberen seitlichen Bereichen 18 mit einem jeweiligen zweiten Fahrzeugrahmenteil 20 verbunden. Das zweite Fahrzeugrahmenbauteil 20 ist im vorliegenden Beispiel ein Längsträger 20, der nachfolgend mit dem gleichen Bezugszeichen angesprochen wird. Es wird darauf hingewiesen, dass in der 1 lediglich ein Längsträger 20 dargestellt ist.
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Der Achsträger 12 befindet sich bei bestimmungsgemäßen Einbau in einem Kraftfahrzeug vorne und an ihm sind die Räder der Vorderachse inklusive Lenkung dieser Räder abgestützt. Im Falle einer Kollision, insbesondere einer Frontalkollision, wird zumindest einer der Längsträger 20 verformt, um Energie abzubauen. Der Vorderachsträger 12 soll im Kollisionsfall ebenfalls deformiert werden, wobei aber ein abscheren des Achsträgers 12 von den Längsträgern 20 verhindert werden soll. Vielmehr soll das Ausmaß, um das der Längsträger gestaucht bzw. verkürzt wird und der vordere Querträger 14 in Richtung des hinteren Querträgers 16 bewegt wird, in etwa gleich sein. Hierzu ist es notwendig, dass die Verbindung zwischen dem Achsträger 12 und dem Längsträger 20 so ausgebildet ist, dass auf den Längsträger 20 einwirkende Kräfte auf den Vorderachsträger 12 übertragen werden.
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Das erste Fahrzeugrahmenbauteil 12 bzw. der Vorderachsträger 12 und das zweite Fahrzeugrahmenbauteil bzw. der Längsträger 20 sind Teile einer Verbindungsanordnung 22, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiden Schnittansichten der 2 und 3 erläutert wird. Dabei zeigt die 2 einen Schnitt in der Y-Z-Ebene und 3 einen Schnitt in der X-Z-Ebene, jeweils entsprechend den in 1 dargestellten Schnittlinien II-II bzw. III-III.
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Die in den 2 und 3 dargestellte Verbindungsanordnung 22 verbindet den Vorderachsträger 12, insbesondere dessen vorderen Querträger 14 mit dem betreffenden Längsträger 20. Die Verbindungsanordnung 22 weist hierzu eine Hülse 24 auf. Die Hülse 24 ist im Kraftübertragungsweg zwischen dem Vorderachsträger 12 und dem Längsträger 20 angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform der Verbindungsanordnung 22 ist die Hülse 24 materialschlüssig mit dem Vorderachsträger 12, insbesondere einem am Vorderachsträger 12 angeordneten Hilfsrahmenelement 26 verbunden. Die Hülse wird dabei nicht nur durch das Hilfsrahmenelement 26 abgestützt, sondern ist zur weitere Stabilisierung auch mit einem weiteren Stützblech 28 verbunden, das seinerseits materialschlüssig mit dem Hilfsrahmenelement 26 verbunden ist. Die Hülse 24, das Hilfsrahmenelement 26 und das Stützblech 28 sind im Übrigen auch in der 1 gekennzeichnet auf der Seite des Vorderachsträgers 12, an der kein Längsträger dargestellt ist.
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Die Hülse 24 ist in einer Aufnahme 30 angeordnet, die im Längsträger 20 vorgesehen ist. Die Aufnahme 30 wird insbesondere durch eine Art Flansch 32 gebildet, an dem Längsträger 20 ausgebildet ist. Der Flansch 32 und die Hülse 24 weisen eine jeweilige obere Stirnseite 34 bzw. 36 auf.
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Durch die Hülse 24 ist eine Schraube 38 geführt. Ein Schraubenschaft 40 der Schraube 38 wird in Höhenrichtung Z teilweise von der Hülse 24 umgeben. Die Schraube 38 weist ferner einen Gewindeabschnitt 42 auf, der in ein die Schraube 38 aufnehmendes Gewindegegenstück 44 geschraubt ist. Das Gewindegegenstück 44 ist hier beispielhaft eine fest mit dem Längsträger 20 verschweißte Gewindetube. Alternativ ist es auch denkbar, dass als Gewindegegenstück 44 eine Mutter eingesetzt wird. Das Gewindegegenstück 44 liegt im festgezogenen Zustand an den Stirnseiten 34, 36 des Flansches 32 bzw. der Hülse 24 an, insbesondere unter Zwischenlage einer Art Unterlegscheibe 46. Ein Schraubenkopf 48 liegt an dem Hilfsrahmen 26 des Vorderachsträgers 12 an. Entsprechend können der Vorderachsträger 12 und der Längsträger 20 mittels Festziehen der der Schraube 38 in dem Gewindegegenstück 44 miteinander verbunden werden.
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Wie bereits weiter oben erläutert, ist es wichtig, dass im Kollisionsfall die Schraube 38 bei der Deformation von Fahrzeugrahmenbauteilen, wie etwa dem Vorderachsträger 12 und dem Längsträger 20, nicht abgeschert wird. Zu diesem Zweck ist die die Hülse 24 derart ausgebildet ist, dass ein zwischen einer Innenseite 48 der Hülse 24 und dem Schraubenschaft 40 gebildeter Innenabstand IA und ein zwischen einer Außenseite 50 der Hülse 24 und einer Innenseite 52 der Hülsenaufnahme 30 gebildeter Außenabstand AA unterschiedlich groß sind. Dabei soll der Innenabstand IA mindestens 150% des Außenabstands AA betragen.
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Das Verhältnis des Innenabstands IA zum Außenabstand AA kann unabhängig von der Richtung, in der dieser Abstand gemessen wird, gleich sein, also in jedem Fall entspricht der Innenabstand IA mindestens dem 1,5-fachen des Außenabstandes AA. Das Verhältnis von Innenabstand IA zum Außenabstand AA kann jedoch auch richtungsabhängig unterschiedlich sein, was rein qualitativ in 4 gezeigt, einer schematischen und vereinfachten Schnittansicht etwa entsprechend der Schnittlinie IV-IV der 3.
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Aus der 4 ist ersichtlich, dass der in Längsrichtung X gemessene Innenabstand lAx zwischen dem Schraubenschaft 40 und der Innenseite der Hülse 24 etwa doppelt so groß ist wie der in der gleichen Richtung gemessene Außenabstand AAx zwischen der Außenseite der Hülse 24 und der Innenseite der Aufnahme 30 bzw. des Flansches 32. In Breitenrichtung Y ist der Innenabstand IAy etwa das 1,5-fache des Außenabstandes AAy. Dabei ist der Innenabstand lAx kleiner als der Innenabstand IAy. Dabei wird berücksichtigt, dass der Vorderachsträger 12 zur Einstellung des gewünschten Achssturzes beim fertigen Fahrzeug insbesondere in Breitenrichtung Y relativ zu den Längsträgern verschieblich sein soll. Entsprechend ist es erforderlich, dass der Innenabstand IAy in Breitenrichtung Y so gewählt ist, dass die Hülse 24 in Y-Richtung ggf. etwas verschoben werden kann relativ zum Längsträger 20.
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Bezogen auf die Darstellung der 4 ist ferner ersichtlich, dass bei einem Aufprall entlang der Längsrichtung X (Frontalkollision), was durch den Konturpfeil FK illustriert ist, der mit dem Längsträger 20 verbundene Flansch 32 aufgrund des geringeren Außenabstands AAx an der Hülse 24 anstoßen wird, so dass über die Hülse 24 wirkende Kräfte um die Schraube 38 geleitet und auf andere Karosseriebauteile abgeleitet werden können. Auch bei einer Verschiebung der Hülse 24 um das Maß des Außenabstands AAx wird aufgrund des größeren Innenabstands lAx sichergestellt, dass die Schraube 38 nicht abgeschert wird. Das für die Längsrichtung X Gesagte gilt im Übrigen in gleicher Weise auch für die Breitenrichtung Y, etwa bei einer seitlichen Kollision.
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Aus der Zusammenschau der 1 und 4 ist ferner ersichtlich, dass die die Hülse 24 hohlzylindrisch ausgebildet ist mit einer vieleckigen, insbesondere rechteckigen Grundfläche. Dabei weist die Hülse 24 eine entlang der ersten Hauptrichtung (X) gemessene Länge HL auf, die kleiner ist als eine entlang der zweiten Hauptrichtung (Y) gemessene Breite HB.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202009012255 U1 [0002]
- DE 102015208898 B3 [0003]
