DE102021103042A1

DE102021103042A1 - Verbindungsanordnung zwischen Vorderachsträger und Fahrzeugkarosserie und Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbindungsanordnung

Info

Publication number: DE102021103042A1
Application number: DE102021103042.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Isakiewitsch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-02-10
Filing date: 2021-02-10
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung (100) zwischen einem Vorderachsträger (110) und einer Fahrzeugkarosserie (120), bei welcher der Vorderachsträger (110) an einer Verbindungsstelle mittels wenigstens einer Schraube (130) an der Fahrzeugkarosserie (120) festgeschraubt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schraube (130) einen gewindelosen Schaftabschnitt (132) aufweist, der sich zwischen dem Schraubenkopf (130) und dem Gewindeabschnitt (133) befindet und sich an der Verbindungsstelle durch die Trennebene (E) zwischen Vorderachsträger (110) und Fahrzeugkarosserie (120) erstreckt, wobei der gewindelose Schaftabschnitt (132) einen größeren Durchmesser als der Gewindeabschnitt (133) aufweist.Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das wenigstens eine solche Verbindungsanordnung aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen einem Vorderachsträger und einer Fahrzeugkarosserie, bei welcher der Vorderachsträger an einer Verbindungsstelle mittels wenigstens einer Schraube an der Fahrzeugkarosserie festgeschraubt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das wenigstens eine solche Verbindungsanordnung aufweist.
Verbindungsanordnungen betreffender Art sind bspw. in den Patentschriften DE 10 2011 009 120 B4 und DE 199 01 299 C1 beschrieben.
Bei einer Fahrzeugkollision, insbesondere bei einer Frontalkollision, können auf den Vorderachsträger hohe Kräfte einwirken, durch welche an den Verbindungsstellen zur Karosserie hohe Querkräften bzw. starke Scherbelastungen auftreten können.
Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung des Patentanspruchs 1 ermöglicht hohe Querkräfte bzw. starke Scherbelastungen an der betreffenden Verbindungsstelle. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen oder ein leichtes Nutzfahrzeug, das wenigstens eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung zwischen Vorderachsträger und Fahrzeugkarosserie aufweist. Zusätzliche Merkmale der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung (wobei dies ausdrücklich auch Merkmale einschließt, die als „beispielsweise“, „bevorzugt“, „insbesondere“ etc. beschrieben sind) und der Zeichnung.
Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube einen gewindelosen bzw. gewindefreien Schaftabschnitt aufweist, der sich (am Schaft bzw. Bolzen der Schraube) zwischen einem Schraubenkopf und einem Gewindeabschnitt befindet und der sich an der Verbindungsstelle durch die Trennebene zwischen dem Vorderachsträger und der Fahrzeugkarosserie erstreckt, wobei der gewindelose Schaftabschnitt einen größeren Durchmesser als der Gewindeabschnitt aufweist.
Die an der betreffenden Verbindungs- bzw. Anbindungsstelle für die Schraubverbindung zwischen Vorderachsträger (der auch als Fahrschemel oder Hilfsrahmen bezeichnet werden kann) und Fahrzeugkarosserie verwendete Schraube weist einen Schraubenkopf und einen Schaft auf, wobei der Schaft mit einem Gewindeabschnitt und mit einem zwischen Schraubenkopf und Gewindeabschnitt angeordneten gewindelosen, insbesondere zylindrischen, Schaftabschnitt ausgebildet ist. Der Schraubenschaft weist also kein durchgängiges Gewinde auf. Eine solche Schraube kann auch als Schaftschraube bezeichnet werden. Diese Schraube ist derart angeordnet, dass deren gewindelose Schaftabschnitt die Trenn- bzw. Verbindungsebene zwischen Vorderachsträger und Fahrzeugkarosserie (damit ist an der Verbindungsstelle die Kontaktebene bzw. -fläche gemeint, an der der Vorderachsträger und die Fahrzeugkarosserie aneinander anliegen bzw. gegeneinander verspannt sind) durchragt. Ferner ist vorgesehen, dass der gewindelose Schaftabschnitt einen größeren Durchmesser (Außendurchmesser) bzw. eine größere Querschnittsfläche als der Gewindeabschnitt aufweist. Somit kann die Schraube hohe Querkräfte bzw. Scherkräfte aufnehmen, die bei einer Kollision in bzw. im Bereich der Trennebene wirken.
Gegenüber bisherigen Verschraubungen kommt die Erfindung ohne eine Vergrößerung des Gewindenenndurchmessers aus, was zu einer Überdimensionierung der Schraube führen würde, verbunden mit einem höheren Anzugsmoment, höheren Flächenpressungen und deutlichem Mehrgewicht.
Ferner kann für die in der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung verwendete Schraube eine mittlere Festigkeitsklasse ausreichend sein, wodurch Kosten eingespart und Wartungs- und Reparaturfehler (durch Einsetzen einer Schraube mit einer zu geringen Festigkeitsklasse) vermieden werden können. Die Schraube der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung ist bevorzugt eine Stahlschraube der Festigkeitsklasse 8.8, 9.8 oder 10.9.
Bevorzugt ist der Gewindeabschnitt der für die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung verwendeten Schraube mit einem M14-Gewinde ausgebildet und der gewindelose (zylindrische) Schaftabschnitt weist einen Durchmesser von ca. 19 mm auf. Letzteres entspricht in etwa dem Kerndurchmesser eines M22-Außengewindes. D. h., in diesem Fall simuliert der gewindelose Schaftabschnitt quasi eine Schraube mit durchgängigem M22-Außengewinde, bei deutlich geringerem Durchmesser und Gewicht. Selbsterklärend ist die Erfindung nicht auf diese bevorzugten Schraubenabmessungen beschränkt.
Karosserieseitig ist an der Verbindungsstelle bevorzugt eine Gewindehülse vorgesehen, die einen gewindelosen bzw. gewindefreien, insbesondere zylindrischen bzw. hohlzylindrischen, Bohrungsabschnitt zur Aufnahme des gewindelosen Schaftabschnitts der Schraube und einen Bohrungsabschnitt mit einem Innengewinde, in den bzw. in das der Gewindeabschnitt der Schraube eingreift, aufweist. Die Gewindehülse kann als (separates) Dreh- und/oder Frästeil ausgebildet sein, bevorzugt aus einem Stahlmaterial, und ist insbesondere an die Fahrzeugkarosserie angeschweißt. Zwischen der Innenwandung des gewindelosen (hohlzylindrischen) Bohrungsabschnitts der Gewindehülse und dem gewindelosen (zylindrischen) Schaftabschnitt der Schraube befindet sich bevorzugt ein enger Spalt, dessen (radiale) Breite bzw. Spaltweite insbesondere nur 0,4 mm bis 0,7 mm beträgt, sodass der mögliche Verschiebungs- bzw. Verrutschungsweg im Kollisionsfall sehr gering ist und eine schnelle Blockbildung und Abstützung des Schraubenschafts eintritt (und ein vergleichsweise hoher Lochleibungsdruck aufgebaut werden kann).
Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung kann an der Verbindungsstelle auch als Doppelverschraubung mit zwei Schraubverbindungen ausgebildet sein, wobei beide Schraubverbindungen bzw. Verschraubungen, insbesondere identisch, gemäß den vorausgehenden und/oder nachfolgenden Erläuterungen ausgebildet sind.
Die Verbindung bzw. Befestigung eines Vorderachsträgers mit bzw. an der Fahrzeugkarosserie erfolgt typischerweise an mehreren Verbindungsstellen, wobei an wenigstens einer dieser Verbindungsstellen eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung vorgesehen ist. Bevorzugt sind nur an jenen Verbindungsstellen, die sich bezüglich der Fahrtrichtung im hinteren Bereich des Vorderachsträgers befinden, erfindungsgemäße Verbindungsanordnungen vorgesehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in der einzigen Figur der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung zwischen einem Vorderachsträger und einer Fahrzeugkarosserie.

Die in 1 gezeigte Verbindungsanordnung 100 zwischen einem nur ausschnittsweise dargestellten Vorderachsträger 110 und einer ebenfalls nur ausschnittsweise dargestellten Fahrzeugkarosserie 120 ist als Doppelverschraubung mit zwei identischen Schraubverbindungen ausgeführt. (Die nachfolgenden Erläuterungen gelten analog für eine Verbindungsanordnung mit nur einer Schraubverbindung.) Der Vorderachsträger 110 und die Fahrzeugkarosserie 120 sind an weiteren Verbindungsstellen, die in gleicher Weise ausgebildet sein können, miteinander verbunden bzw. aneinander befestigt.
Der Vorderachsträger 110 ist an der gezeigten Verbindungsstelle mit zwei Schrauben 130 an der Fahrzeugkarosserie 120, insbesondere an einem Längsträger der Fahrzeugkarosserie, festgeschraubt (sogenannte Karosserieverschraubung). Die Schrauben 130 weisen jeweils einen die Trennebene E zwischen Vorderachsträger 110 und Fahrzeugkarosserie 120 durchragenden gewindelosen (zylindrischen) Schaftabschnitt 132 auf, der sich zwischen einem Schraubenkopf 131 und einem Gewindeabschnitt 133 befindet, wobei dieser gewindelose Schaftabschnitt 132 einen größeren Durchmesser als der mit einem Außengewinde ausgebildete Gewindeabschnitt bzw. Außengewindeabschnitt 133 aufweist. Der gewindelose Schaftabschnitt 132 und der Gewindeabschnitt 133 sind als benachbarte Schraubenabschnitte ausgebildet, wobei der Absatz zwischen beiden Abschnitten mit einer Fase oder Verrundung versehen ist. Die Schrauben 130 sind außerdem mit einer Einfädelspitze 134 ausgebildet. Die Schrauben 130 können eine axiale Länge zwischen 80 mm und 120 mm aufweisen. Die Unterlegscheiben 135 sind verliersicher an den Schrauben 130 gehaltert, wobei die Schrauben 130 auch mit größeren Flanschen ausgebildet sein können, sodass keine Unterlegscheiben erforderlich sind.
An der Fahrzeugkarosserie 120 sind zwei Gewindehülsen (Gewindetuben) 140 angeordnet, insbesondere angeschweißt. Die Gewindehülsen 140 weisen jeweils einen gewindelosen (hohlzylindrischen) Bohrungsabschnitt 142 zur Aufnahme des gewindelosen (zylindrischen) Schaftabschnitts 132 der Schraube 130 sowie einen mit einem Innengewinde ausgebildeten Bohrungs- bzw. Innengewindeabschnitt 143, in das das Außengewinde des Gewindeabschnitts 133 der Schraube 130 eingreift, auf. Die Gewindeverbindungen sind quasi weiter nach oben versetzt bzw. in axialer Richtung zur Trennebene E beabstandet. Die beiden Gewindehülsen 140 können zusammen auch als einstückiges Teil ausgebildet sein. Zwischen den Innenwandungen der gewindelosen Bohrungsabschnitte 142 der Gewindehülsen 140 und den gewindelosen Schaftabschnitten 132 der Schrauben 130 befinden sich enge Umfangs- bzw. Ringspalte 150. Der gezeigte Aufbau ermöglicht auch eine optimale Dehnung der Schrauben 130 beim Anziehen.
Eine kollisionsbedingte Krafteinwirkung (wie mit dem Pfeil F veranschaulicht) kann in der Trenn- bzw. Verbindungsebene E zu einer Querkraft- und Scherbeanspruchung der Schrauben 130 führen. Diese Beanspruchung wirkt auf die durchmessergrößeren Schaftabschnitte 132, in denen die Schrauben 130 bezüglich der durchmesserkleineren Gewindeabschnitte 133 quasi verstärkt sind, sodass die maximal mögliche Scherbelastungen deutlich erhöht ist und auch höhere Querkräfte übertragbar sind. Ferner wird in dem an der linken Schraubverbindung gekennzeichneten Bereich K eine solide Abstützung des Schraubenschafts erreicht (selbiges gilt für die rechte Schraubverbindung).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011009120 B4 [0002]
DE 19901299 C1 [0002]

Claims

Verbindungsanordnung (100) zwischen einem Vorderachsträger (110) und einer Fahrzeugkarosserie (120), bei welcher der Vorderachsträger (110) an einer Verbindungsstelle mittels wenigstens einer Schraube (130) an der Fahrzeugkarosserie (120) festgeschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (130) einen gewindelosen Schaftabschnitt (132) aufweist, der sich zwischen dem Schraubenkopf (130) und dem Gewindeabschnitt (133) befindet und sich an der Verbindungsstelle durch die Trennebene (E) zwischen Vorderachsträger (110) und Fahrzeugkarosserie (120) erstreckt, wobei der gewindelose Schaftabschnitt (132) einen größeren Durchmesser als der Gewindeabschnitt (133) aufweist.
Verbindungsanordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass karosserieseitig eine Gewindehülse (140) vorgesehen ist, die einen gewindelosen Bohrungsabschnitt (142) zur Aufnahme des gewindelosen Schaftabschnitts (132) der Schraube (130) und einen mit Innengewinde ausgebildeten Bohrungsabschnitt (143), in den der Gewindeabschnitt (133) der Schraube (130) eingreift, aufweist.
Verbindungsanordnung (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Innenwandung des gewindelosen Bohrungsabschnitts (142) der Gewindehülse (140) und dem gewindelosen Schaftabschnitt (132) der Schraube (130) ein Umfangspalt (150) mit einer Breite von 0,4 mm bis 0,7 mm befindet.
Verbindungsanordnung (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindehülse (140) als Dreh- und/oder Frästeil ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schraube (130) der Gewindeabschnitt (133) mit einem M14-Gewinde ausgebildet ist und der gewindelose Schaftabschnitt (132) einen Durchmesser von 19 mm aufweist.
Verbindungsanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (130) eine Stahlschraube der Festigkeitsklasse 9.8 oder 10.9 ist.
Verbindungsanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Verbindungsstelle eine Doppelverschraubung mit zwei Schraubverbindungen vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftwagen, mit einer Fahrzeugkarosserie (120) und einem Vorderachsträger (110), der an mehreren Verbindungsstellen mit der Fahrzeugkarosserie (120) verbunden ist, wobei an wenigstens einer der Verbindungsstellen eine Verbindungsanordnung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstellen im hinteren Bereich des Vorderachsträgers (110) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet sind.