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Die Erfindung betrifft eine Vorderwagenstruktur
für ein
Kraftfahrzeug, insbesondere für
ein Nutzfahrzeug, mit einem Kombirahmen, nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Aus der
EP 1 211 162 A2 ist eine
Fahrzeugrahmenanordnung mit zwei im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufenden U-förmigen Rahmenlängsträgern sowie
einem zwischen einer Vorderwagenstruktur und den Rahmenlängsträgern angeordnetem
fachwerkähnlichen
Verbindungsstück bekannt.
Das Verbindungsstück
erfüllt
hauptsächlich die
Aufgabe, daran angeordnete Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise
einen Fahrzeugmotor oder Kraftstofftank abzustützen. Das Verbindungsstück ist aus
Rohren, welche ähnlich
eines räumlichen
Fachwerks miteinander verbunden sind, gebildet und als gitterboxähnliches
Teil zwischen den Rahmenlängsträgern und
der Vorderwagenstruktur eingebaut. Aufgrund des vorgegebenen Aufbaus
des Verbindungsstücks
ist eine Variation eines Abstandes zwischen den Rahmenlängsträgern und
der Vorderwagenstruktur nicht möglich.
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Aus der
DE 100 45 750 A1 ist ein
modular aufgebautes Fahrzeug mit einem Basismodul, das ein Fahrerhaus
und einen sich nach hinten erstreckenden Anbautragrahmen aufweist,
bekannt.
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Aus der
DE 43 04 920 A1 ist ein
Vorderwagen für
ein Kraftfahrzeug bekannt. Der Vorderwagen enthält spiegelbildlich zu einer
Längsmittelebene
des Kraftfahrzeugs auf jeder Seite einen einarmigen Längsträger mit
einem unter einer Querwand nach unten abgekröpften Bereich, der mit dem
unteren Teil der Querwand einen Abstand zwecks Vermeidung einer
sofortigen Beschädigung
der Querwand bei Verformung des Längsträgers infolge von Momenten einschließt, die
durch crashbedingte Kräfte
erzeugt sind.
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Zur Versteifung des Längsträgers gegen
derartige Momente ist im Bereich einer Federbeinabstützung bzw.
dahinter zwischen dem Längsträger und einer
oberen Radhausversteifung eine Stützstrebe angeordnet. Da diese
relativ weit hinten verläuft, bleibt
eine relativ große
freie Länge
des Längsträgers zur
Ausbildung als Deformationsglied erhalten.
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Aus der
DE 35 22 447 A1 ist ebenfalls
ein Vorderwagen für
ein Kraftfahrzeug bekannt. Zwecks Vergrößerung des Vormontageumfangs
erstrecken sich hierbei Längsträger eines
Fahrschemels bis unmittelbar hinter einen Stoßfänger, den sie tragen. Gekrümmte Längsträger des
eigentlichen Fahrzeugaufbaus bilden mit ihren vorderen Enden Verbindungen mit
den Längsträgern des
Fahrschemels in unmittelbarer Nähe
von an diesem vorgesehenen Motorlagern, so dass im Bereich der freien
Enden eines hinteren Querträgers
des Fahrschemels vorgesehene lösbare
Verbindungen mit dem eigentlichen Fahrzeugaufbau in akustisch günstiger
Weise sehr weich ausgebildet werden können.
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Aus der
DE 44 22 498 C1 ist eine
Aufbaustruktur eines Personenkraftwagens bekannt. Diese Aufbaustruktur
umfasst eine zwischen dem Vorderwagen und dem Fahrgastraum angeordnete Stirnwand,
zwei voneinander beabstandete vordere Längsträger, die jeweils an einem dahinter
liegenden, in Verlängerung
der Längsträger verlaufenden
Bodenträger
angeschlossen sind, sowie seitlich außen liegende Schweller, aufrechte
Scharniersäulen
und einen Boden.
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Um einerseits eine steife Fahrgastzelle
zu schaffen und andererseits die bei einem Frontaufprall auftretenden
Kräfte
gut aufzunehmen und großflächig von
den vorderen Längsträgern in
die angrenzende, teilweise tiefer liegende Aufbaustruktur einzuleiten,
ist vorgesehen, dass sich die beiden unteren vorderen Längsträger durchgehend
bis zur Stirnwand erstrecken und an einen ersten, außenseitigen auf
die Stirnwand aufgesetzten Querträger angeschlossen sind und
dass an der Stirnwand in Höhe des
ersten Querträgers
auf der dem Fahrgastraum zugekehrten Seite ein zweiter Querträger angeordnet ist,
der in einem mittleren Bereich seiner Quererstreckung mit einer
auf den Mitteltunnel aufgesetzten Tunnelverstärkung verbunden ist und der
sich in seitlich außen
liegenden Bereichen – in
Höhenrichtung gesehen – nach unten
hin erweitert und in zwei übereinander
liegende Hohlträgerabschnitte
aufteilt.
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Der oben liegende Hohlträgerabschnitt
ist dabei an die Stirnwand und die Scharniersäule angeschlossen, wogegen
der untere Hohlträgerabschnitt mit
der Stirnwand, dem Schweller und dem Boden verbunden ist.
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In der
DE 44 22 498 C1 ist eine Aufbaustruktur eines
Personenkraftwagens erwähnt,
welche jedoch im wesentlichen nur die Verbindung des Vorderwagens
mit dem Fahrzeugchassis beschreibt.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit
dem Problem, eine alternative Ausführungsform für einen
Aufbau einer Vorderwagenstruktur eingangs erwähnter Art anzugeben.
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Dieses Problem wird durch den Gegenstand des
unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken,
eine Vorderwagenstruktur für
ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, so auszubilden,
dass ein Kombirahmen aus selbsttragenden Rohrstücken in Fachwerkbauweise gebildet
ist. Der Kombirahmen ist über
wenigstens ein Adapterstück
an Rahmenlängsträgern der
Vorderwagenstruktur angebaut und weist eine lenkbare Frontfahrwerkskonstruktion
auf.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorderwagenstruktur
konzeptionell, trotz wahlweiser Verbauung unterschiedlicher Frontfahrwerke,
wie z.B. einer Starrachse oder einer Einzelradaufhängung, unverändert bleibt.
Dies bietet den Vorteil, dass die Vorderwagenstruktur vorgefertigt
bzw. vormontiert werden kann, um dann mit einem für beide
Achsvarianten gleichen Rahmenlängsträger verbunden
zu werden. Dabei ist denkbar, dass die Vorderwagenstruktur als Baukastensystem
ausgeführt
wird, wodurch flexibel auf die jeweiligen Anforderungen (Starrachse
oder Einzelradaufhängung)
reagiert werden kann.
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Durch die Verwendung baugleicher
Rahmenlängsträger für beide
Achsvarianten ist eine kostengünstigere
Herstellung entsprechender Fahrzeugchassis möglich. Gleichzeitig entfallen
Lagerkosten für
unterschiedliche Hinterwagenstrukturen.
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Die Vorderwagenstruktur ist in allen
Ausführungen
als selbsttragende Rohrkonstruktion in Fachwerkbauweise ausgeführt und
bindet notwendige Elemente, wie z.B. einen Unterfahrschutz, als
Versteifung der Struktur in diese mit ein. Durch lediglich geringe
Modifikationen können
die aus dem Konzept stammenden unterschiedlichen Anbindungspunkte leicht
und kostengünstig
hergestellt werden. Sämtliche
Anbindungspunkte sind ohne schwere Konsolen ausgeführt bzw.
die Konsolen bieten Möglichkeiten zur
Integration weiterer Funktionen.
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Über
wenigstens ein geeignetes Adapterstück ist der Kombirahmen an den
Rahmenlängsträgern angebaut.
Dabei ist vorgesehen je nach Achsvariante (Starrachse oder Einzelradaufhängung) den Kombirahmen
mit dem Adapterstück
direkt am Rahmenlängsträger anzuschließen oder
aber einen jochartigen Fahrschemel, der zur Einzelradaufhängung benötigt wird,
als Adapter zu verwenden.
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Entsprechend einer besonders günstigen Ausführungsform
kann vorgesehen sein, die Frontfahrwerkskonstruktion als Starrachse
oder als Einzelradaufhängung
auszubilden. Die Starrachse verbindet die Fahrzeugräder einer
Achse und hält
dadurch die Spur und den Sturz stets konstant. Durch ihre einfache
und stabile Konstruktion ist diese Variante besonders für schwere
und robuste Fahrzeuge (Baustellenfahrzeuge) geeignet.
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Bei der Einzelradaufhängung findet
im Gegensatz zur Starrachse, die die Räder fest miteinander verbindet,
grundsätzlich
keine gegenseitige Beeinflussung beim Ein- und/oder Ausfeder vorgang statt.
Hierdurch wird der Fahrkomfort erhöht und die Straßenhaftung
des Fahrwerks verbessert, was besonders bei Nutzfahrzeugen mit höherer Geschwindigkeit,
wie z.B. bei Reisebussen, von großem Vorteil ist. Ein geringeres
Gewicht und ein geringerer Raumbedarf zeichnen die Einzelradaufhängung zudem aus.
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Zweckmäßig kann vorgesehen sein, dass der
Kombirahmen zur Aufnahme eines Kühlers
ausgebildet und im Bereich des Kühlers
gegenüber
den Rahmenlängsträgern quer
zur Fahrzeuglängsrichtung
aufgeweitet ist. Die Aufweitung der Struktur im Bereich der Kühlanlage
ermöglicht
den Einbau einer breiten Kühlerfläche. Besonders
schwere Fahrzeuge mit großvolumigen
Motoren profitieren von einer größeren Kühlerfläche, die
eine ausreichende Kühlung bei
langsamer Fahrt des Fahrzeugs erlaubt.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Frontfahrwerkskonstruktion einen
tragenden Fahrschemel umfasst, der zwischen den Adapterstücken und
dem übrigen
Kombirahmen angeordnet ist. Dadurch kann eine Trennstelle zwischen
dem Vorderwagen und dem Rahmenlängsträger in Fahrzeuglängsrichtung
variiert werden, um z.B. bei notwendigen Aufweitungen des Rahmens
im Bereich von Motor und Getriebe die Längsträger nicht ändern zu müssen, sondern diese Änderung
in den Rohrelementen erfolgen zu lassen.
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Eine besonders günstige Weiterbildung ist dadurch
gekennzeichnet, dass der Unterfahrschutz als hoher Unterfahrschutz
ausgebildet ist und etwa auf Höhe
der Rahmenlängsträger oder
im wesentlichen auf Höhe
der Unterkante der Rahmenlängsträger angeordnet
ist. Durch die hohe Position des Unterfahrschutzes wird im Gegensatz
zu einem tiefer gelegenen Unterfahrschutz ein größerer Böschungswinkel erreicht, was
die Geländegängig keit
des Nutzfahrzeugs erheblich verbessert. Dies ist besonders bei im
Gelände
eingesetzten Fahrzeugen, wie z.B. Baustellenfahrzeugen und/oder
landwirtschaftlichen Fahrzeugen, von großem Vorteil.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und
aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend
genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur
in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Dabei zeigen jeweils schematisch:
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1 eine
Schrägansicht
der erfindungsgemäßen Vorderwagenstruktur
für eine
Einzelradaufhängung,
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2 eine
Seitenansicht der in 1 dargestellten
Vorderwagenstruktur,
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3 eine
Schrägansicht
wie in 1, jedoch bei
einer anderen Ausführungsform,
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4 eine
Seitenansicht der in 3 dargestellten
Vorderwagenstruktur,
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5 eine
Schrägansicht
der erfindungsgemäßen Vorderwagenstruktur
für eine
Starrachse,
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6 eine
Schrägansicht
wie in 5, jedoch bei
einer weiteren Ausführungsform.
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In den 1 und 2 ist eine Vorderwagenstruktur 5 eines
im übrigen
nicht vollständig
dargestellten Fahrzeugrahmens gezeigt, die im wesentlichen einen
Kombirahmen 1, einen jochartigen und quer zur Fahrzeuglängsrichtung
verlaufenden Fahrschemel 4 sowie einen ersten Rahmenlängsträger 2 und
einen zweiten Rahmenlängsträger 3,
die jeweils parallel und seitlich versetzt zur Längsmittelachse angeordnet sind,
aufweist. Der Kombirahmen 1 befindet sich bei dem, nicht
in den 1 und 2 dargestellten, endfertigen
Fahrzeug im vorderen Bereich und ist aus mehreren miteinander verschweißten horizontalen,
vertikalen und schräg
in Fahrzeuglängsrichtung
angeordneten Rohren sowie mehreren, die eben genannten Rohre verbindenden
und quer zur Fahrzeuglängsrichtung
angeordneten, Querrohren zusammengesetzt. Zusammen bilden sie ein
selbsttragendes Fachwerk.
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Der Kombirahmen 1 gemäß 1 und 2 ist mit dem Fahrschemel 4 verbunden,
welcher zur Aufnahme einer, in den 1 und 2 nicht dargestellten, Einzelradaufhängung ausgebildet
ist. Von einer Fahrzeugfront ausgehend und sich entgegen der Fahrtrichtung
des Fahrzeugs hin zu dem Fahrschemel 4 bewegend, weist
der Kombirahmen 1 ein, quer zur Fahrtrichtung angeordnetes,
oberes Querrohr 14, einen darunter liegenden und am unteren,
vorderen Ende des Kombirahmens 1 quer angebrachten Unterfahrschutz 6 sowie
ein, in Fahrtrichtung hinter den eben genannten Elementen 14, 6 liegendes,
unteres Querrohr 7 auf. Der den Unterfahrschutz 6 bildende Querträger ist
hier rela tiv tief angeordnet und liegt insbesondere deutlich unterhalb
einer Unterseite der Rahmenlängsträger 2, 3.
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An den Enden der Querrohre 7, 14 sowie
des Unterfahrschutzes 6 ist jeweils ein erstes Seitenteil 16 sowie
ein zweites Seitenteil 17 angeordnet. Die Seitenteile 16, 17 sind
dabei spiegelsymmetrisch zu einer vertikal durch die Fahrzeuglängsmitte
verlaufenden Spiegelebene ausgebildet und besitzen spiegelbildlich
gesehen gleiche, sich jeweils gegenüberliegenden Rohre, wie z.B.
das vertikale Versteifungsrohr 9 des ersten Seitenteils 16 und
ein vertikales Versteifungsrohr 9' des zweiten Seitenteils 17.
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Aufgrund der Spiegelsymmetrie wird
im Folgenden nur die Rohrkonstruktion des ersten Seitenteils 16 detailliert
beschrieben. Für
das zweite Seitenteil 17 gilt sinngemäß dasselbe.
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Das erste Seitenteil 16 weist
ein vertikales Versteifungsrohr 9 und mehrere horizontale
Versteifungsrohre 10, von denen in 1 jeweils nur eines exemplarisch beschriftet
ist, sowie ein Schrägrohr 15,
auf. Die horizontalen Versteifungsrohre 10 sind an ihrem
in Fahrtrichtung gesehenen vorderen Ende mit einem gebogenen Rohr 18 verbunden
und weisen wie das Schrägrohr 15 entlang
der Fahrzeuglängsrichtung
an dem vertikalen Versteifungsrohr 9 und einer Querlenkeranbindung 8 einen
Knick auf, welcher bewirkt, dass sich in Fahrtrichtung vor der Querlenkeranbindung 8,
die die horizontalen Versteifungsrohre 10 und das Schrägrohr 15 in
vertikaler Richtung versteift, die beiden Seitenteile 16, 17 in Fahrzeugquerrichtung
voneinander entfernen und so eine Aufweitung des Kombirahmens 1 in
Fahrzeugquerrichtung hervorrufen.
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Im in Fahrtrichtung gesehenen hinteren Ende
des Kombirahmens 1 sind die horizontalen Versteifungsrohre 10 sowie
das Schrägrohr 15 in
der Querlenkeranbindung 8 eingefasst und verlaufen nach
dieser parallel in Richtung des Fahrschemels 4 bzw. des
Rahmenlängsträgers 2 weiter.
Das hintere Ende der eben genannten Rohre 10, 15 ist
dabei mit dem Fahrschemel 4 verbunden. Der Fahrschemel 4 versteift
den Fahrzeugrahmen in Fahrzeugquerrichtung und ist mit den beiden
Rahmenlängsträgern 2, 3 verbunden;
vorzugsweise geschraubt oder geschweißt. Zudem dient er der Aufnahme
der Einzelradaufhängung.
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Die Rahmenlängsträger 2 und 3 verlaufen
zu einem, nicht dargestellten, hinteren Ende des Fahrzeugs und weisen
jeweils ein U-förmiges
Profil auf. Der erste Rahmenlängsträger 2 und
der zweite Rahmenlängsträger 3 sind
derart angeordnet, dass sich die offenen Seiten der U-förmigen Profile
gegenüber liegen.
Die U-Schenkel sind dabei als Vollprofil ausgebildet, wogegen der
Steg der Rahmenlängsträger 2, 3 Aussparungen
(z.B. Bohrungen) für
Verschraubungen und/oder zur Gewichtseinsparung aufweist.
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Gemäß 1 und 2 ist
der Fahrschemel 4 nicht tragend ausgebildet, wogegen dieser
in 3 und 4 als selbsttragendes Element
dargestellt ist.
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Entsprechend 3 und 4 ist
der Fahrschemel 4 in Fahrzeuglängsrichtung gesehen zwischen
dem Kombirahmen 1 einerseits und einem ersten Adapterstück 11 sowie
einem zweiten Adapterstück 12 andererseits
angeordnet.
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Das erste Adapterstück 11 wird
dabei von dem U-förmigen
Rahmenlängsträger 2 an
drei Seiten umfasst und ist mit Schweißverbindungen oder Schrauben
an diesem befestigt. An das erste Adapterstück 11 sind in Richtung
des Fahrschemels 4 Verlängerungsrohre 13 angeordnet,
welche mit den horizontalen Versteifungsrohren 10 und dem
Schrägrohr 15 fluchten
und im Be reich des Fahrschemels 4 mit diesen verbunden,
insbesondere ineinander gesteckt, sind. Durch die variierbare Länge der
Verlängerungsrohre 13 ist
eine Beeinflussung der Länge des
Fahrzeugrahmens möglich.
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Die beiden Adapterstücke 11, 12 sind
zur Aufnahme jeweils zweier Verlängerungsrohre 13 oder
mit zwei an den jeweiligen Adapterstücken 11, 12 bereits
angeordneten Verlängerungsrohren 13 ausgebildet.
Das jeweils untere Verlängerungsrohr 13 gabelt
sich hier in Fahrtrichtung gesehen zwischen dem jeweiligen Adapterstück 11, 12 und
dem Fahrschemel 4 in zwei Rohre, wodurch die fluchtende
Anbindung an die vom Kombirahmen 1 entgegenkommenden Rohrenden
erreicht wird.
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In 5 und 6 ist die Ausbildung des Kombirahmens 1 zur
Aufnahme einer Starrachse dargestellt. Der Unterfahrschutz 6 ist
hierbei wesentlich höher,
insbesondere oberhalb einer Unterkante der Rahmenlängsträger 2, 3,
angeordnet, wodurch sich ein größerer Böschungswinkel
und eine bessere Geländegängigkeit
für das
Fahrzeug ergibt. Die Querlenkeranbindung 8 versteift bei
dieser Ausführungsform
lediglich zwei horizontale Versteifungsrohre 10, da das
Schrägrohr 15 bereits
in Fahrtrichtung vor der Querlenkeranbindung 8 mit dem
horizontalen Versteifungsrohr 10 zusammen geführt wird.
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Entsprechend 5 sind an dem ersten Adapterstück 11 Aufnahmen 19 angeordnet,
welche zumindest die Enden der horizontalen Versteifungsrohre 10 aufnehmen
können
und so eine Verbindung zwischen dem Kombirahmen 1 und dem
Rahmenlängsträger 2 herstellen.
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6 weist ähnlich 3 eine Verlängerung des
Fahrzeugrahmens in Fahrzeuglängsrichtung durch
Verlängerungsrohre 13 auf,
die in den jeweiligen Aufnahmen 19 des ersten Adapter stücks 11 und des
zweiten Adapterstücks 12 aufgenommen
sind und durch die Querlenkeranbindung 8 gegen eine im wesentlichen
quer zur Rohrachse auftretende Bewegung gehalten sind. Die Verlängerungsrohre 13 sind fluchtend
an den horizontalen Versteifungsrohren 10 angebracht.
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Die beschriebenen Sachverhalte gelten
sinngemäß für den ersten
Rahmenlängsträger 2 in
Verbindung mit dem ersten Adapterstück 11 und dem ersten
Seitenteil 16 sowie für
den zweiten Rahmenlängsträger 3 in
Verbindung mit dem zweiten Adapterstück 12 und dem zweiten
Seitenteil 17.
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Aus den 1 bis 6 lässt sich
die große Flexibilität bei der
Konstruktion des Fahrzeugrahmens erkennen. Unterschiedliche Kombirahmen 1 zur
Aufnahme einer Starrachse oder Einzelradaufhängung können mit oder ohne Adapterstück 11, 12 an
den Rahmenlängsträgern 2, 3 angeordnet
werden. Durch den Einsatz von Verlängerungsrohren 13 zwischen
dem jeweiligen Adapterstück 11, 12 und dem
Kombirahmen 1 bzw. zwischen dem jeweiligen Adapterstück 11, 12 und
dem Fahrschemel 4 kann zusätzlich die Länge des
Fahrzeugrahmens beeinflusst werden.
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Die Vorderwagenstruktur 5 kann
dabei mit einem nicht tragenden Fahrschemel 4 (1 und 2) oder mit einem tragenden Fahrschemel 4 (3 und 4) jeweils mit Einzelradaufhängung – oder aber
gemäß 5 und 6 ohne Fahrschemel 4 mit Starrachse
ausgebildet sein.
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Zusammenfassend lässt sich die erfindungsgemäße Bauweise
wie folgt charakterisieren: Der Kombirahmen 1 ist in allen
Ausführungsformen
als selbsttragende Rohrkonstruktion in Fachwerkbauweise ausgebildet
und bindet notwendige Elemente, wie z.B. den Unterfahrschutz 6,
als Versteifung der Vorderwagenstruktur 5, in diese mit
ein.
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Der Kombirahmen 1 ist über wenigstens
ein Adapterstück 11, 12,
welches auch als Fahrschemel 4 ausgebildet sein kann, an
den Rahmenlängsträgern 2, 3 der
Vorderwagenstruktur 5 angebaut und weist eine lenkbare
Frontfahrwerkskonstruktion auf, die wahlweise als Starrachse oder
als Einzelradaufhängung
konzipiert ist. Dadurch kann die Vorderwagenstruktur 5 vorgefertigt
bzw. vormontiert und mit für beide
Achsvarianten gleichen Rahmenlängsträgern 2, 3 verbunden
werden.
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Im Bereich des Kühlers ist der Kombirahmen 1 gegenüber den
Rahmenlängsträgern 2, 3 quer
zur Fahrzeuglängsrichtung
aufgeweitet, wodurch der Einbau einer breiten Kühlerfläche ermöglicht wird.