DE19810123A1 - Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Die Längsträger (2) eines Hilfsrahmens (1) zur Aufnahme des Fahrwerks und des Antriebsaggregates eines Kraftfahrzeuges sind durch ein Versteifungselement (11) miteinander verbunden. Das Versteifungselement (11) ist wannenförmige ausgebildet und weist einen flächigen Abschnitt (12) auf, der durch einen umlaufenden Rand (13) versteift ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges zu ver
bessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Kerngedanke ist es dabei, zwischen die beiden Längsträgern ein flächiges Verstei
fungselement einzusetzen, das als sogenanntes "Schubfeld" wirkt und eine Kraft,
die in einen der Längsträger eingeleitet wird, auf den gegenüberliegenden Längs
träger überträgt. Hierdurch erhöht sich die für die Fahrwerkspräzision und den
Fahrkomfort entscheidende Quersteifigkeit des von den Längsträgern gebildeten
Endabschnitts des Kraftfahrzeuges erheblich, so daß sich insbesondere bei der
Einleitung von Seitenkräften Vorteile ergeben. Außerdem wird bei einseitiger Kraft
einleitung im Fall eines Fahrzeugaufpralls (Offset-Crash) ein Mittragen der jeweils
nicht betroffenen Fahrzeugseite erreicht und dadurch die typische Verschiebung der
Längsträger gegeneinander ("Parallelogrammverformung") verhindert.
Im Vergleich zu rohrförmigen, quer oder diagonal zur Fahrtrichtung verlaufenden
Versteifungselementen zeichnet sich das erfindungsgemäße flächige Versteifungs
element durch seine geringe Bauhöhe aus. Hierdurch kann das Antriebsaggregat
mit tiefem Schwerpunkt in das Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Daneben dient das
flächige Versteifungselement als fahrbahnseitiger Schutz für das Antriebsaggregat
und ist damit auch für geländegängige Fahrzeuge in besonderer Weise geeignet.
Darüber hinaus verbessert die glattflächige Ausbildung des Versteifungselementes
den Luftwiderstand des Fahrzeuges im Unterbodenbereich. Auch kann das flächige
Versteifungselement als Bestandteil einer Kapselung des Antriebsaggregates (zur
Geräuschdämmung) eingesetzt werden.
Zwar ist aus der DE 295 20 166 U1 ein flächiges Versteifungselement bekannt, das
im Unterbodenbereich eines oben offenen Fahrzeugs, vornehmlich in dessen
Heckbereich, angebracht ist, um eine Erhöhung der Verwindungssteifigkeit des
Fahrzeugaufbaus zu erreichen. Mit dem aus der DE-U1 bekannten Versteifungsele
ment wird jedoch keine Versteifung der endseitigen Längsträger des Kraftfahrzeu
ges und damit auch keine Verbesserung der Fahrwerkspräzision und der Fahrdy
namik erzielt.
Die aus der deutschen Patentschrift 934 628 bekannten und mit der Bezugszahl 42
bezeichneten versteifenden Deckbleche verschließen Hohlräume in einem wan
nenförmigen Untergestell, das sich über nahezu die gesamte Länge des Kraftfahr
zeuges erstreckt und keine separaten Längsträger an den Fahrzeugendabschnitten
aufweist. Wegen der grundlegenden Unterschiede im Aufbau des Kraftfahrzeuges
können der Patentschrift keine Hinweise auf die erfindungsgemäße Lösung ent
nommen werden.
Schließlich ist aus der DE 32 42 604 C2 ein flächiges Bauteil an der Unterseite des
Motorraums bekannt, das im Unterschied zu dem erfindungsgemäßen
Versteifungselement jedoch tragend ausgebildet ist und das Antriebsaggregat
sowie die Querlenker der Vorderradaufhängung unmittelbar aufnimmt.
Bevorzugt befinden sich die Längsträger im vorderen Abschnitt des Kraftfahrzeugs
und sind Bestandteil eines Hilfsrahmens (Anspruch 2), mit Vorteilen hinsichtlich des
Abrollkomforts sowie der Montage von Antriebsaggregat und Fahrwerk.
Bei einer Ausbildung des Versteifungselementes gemäß Anspruch 3 ergibt sich
durch den gegenüber der Flächenerstreckung des Versteifungselementes vorsprin
genden Rand eine deutliche Erhöhung der Steifigkeit des Versteifungselementes.
Der Rand kann beispielsweise im Querschnitt trapezförmig ausgebildet sein
(Anspruch 4).
Das Versteifungselement kann gemäß Anspruch 5 in besonders einfacher und ko
stengünstiger Weise durch Tiefziehen eines Metallbleches hergestellt werden. In
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Anspruch 6) besteht das Ver
steifungselement aus einem Aluminiumblech und weist eine Wandstärke von ca. 3
bis 4 mm auf.
Sicken, insbesondere im flächigen Abschnitt des Versteifungselementes (Anspruch
7), erhöhen die Stabilität des Versteifungselementes.
Bevorzugt wird das Versteifungselement mit den Längsträgern verschraubt
(Anspruch 8), so daß sowohl bei der Erstmontage als auch im Fall einer Reparatur
ein verbesserter Zugang zum Antriebsaggregat, zum Getriebe und zu weiteren
Komponenten des Kraftfahrzeuges gewährleistet ist.
Öffnungen im Versteifungselement (Anspruch 9) ermöglichen den Zugang bei
spielsweise zum Antriebsaggregat des Kraftfahrzeuges, ohne daß eine Demontage
des Versteifungselementes erforderlich ist. Derartige Zugangsöffnungen befinden
sich beispielsweise unterhalb einer Ablaßschraube an der Ölwanne.
Zur Verbesserung der akustischen Dämmung kann das Versteifungselement ge
mäß Anspruch 10 mit einer Schicht eines akustisch dämmenden Materials versehen
sein.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen durch ein Versteifungselement verstärkten Hilfsrahmen eines
Kraftfahrzeuges in der Draufsicht, mit Darstellung des Belastungsfalles
einer einseitig wirkenden Längskraft,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, mit Darstellung des Bela
stungsfalles einer Seitenkraft und
Fig. 3 das Versteifungselement von Fig. 1 und 2 in perspektivischer Ansicht.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen als Vorderachsträger ausgebildeten und in seiner
Gesamtheit mit 1 bezeichneten Hilfsrahmen, der einen rechten und einen linken
Längsträger 2 aufweist, die in etwa parallel zur Fahrtrichtung FR verlaufen. An ih
rem vorderen Endbereich sind die beiden Längsträger 2 durch Querträger 3 und 4
miteinander verbunden. Der Hilfsrahmen 1 wird durch Anbindungspunkte 5, 6 und 7
entlang der Längsträger 2 mit der Karosserie des Kraftfahrzeuges verbunden. Ein
nicht dargestelltes Antriebsaggregat des Kraftfahrzeuges stützt sich über die
Lagerpunkte 8 und 9 am Hilfsrahmen 1 ab. Mit den Längsträgern 2 verschweißte
Lagerböcke 10 dienen der Aufnahme von Querlenkern des Fahrwerks.
Erfindungsgemäß ist zwischen die beiden Längsträger 2 ein Versteifungselement
11 eingesetzt, das in Fig. 3 näher dargestellt ist. Das Versteifungselement 11
weist einen flächigen Abschnitt 12, der die lichte Weite zwischen den beiden
Längsträgern 2 ausfüllt sowie einen umlaufenden Rand 13 auf. Wie aus den in die
perspektivische Ansicht der Fig. 3 integrierten Querschnittsdarstellungen Q1 und
Q2 hervorgeht, ist der Rand 13 im Querschnitt trapezförmig, mit einem schräg zum
flächigen Abschnitt 12 abgebogenen ersten Wandabschnitt 14, einem etwa parallel
zum flächigen Abschnitt 12 verlaufenden oberen Randabschnitt 15, einem wie
derum schräg verlaufenden zweiten Wandabschnitt 21 sowie einem etwa in der
Ebene des flächigen Abschnittes 12 gelegenen äußeren Randabschnitt 22. Insge
samt hat das Versteifungselement 11 die Form einer Wanne, deren oberer Randab
schnitt 15 höhenversetzt gegenüber dem flächigen Abschnitt 12 ist. Durch die
Wannenform des Versteifungselementes 11 wird für das Antriebsaggregat ein
maximaler Freiraum nach unten geschaffen. Gleichzeitig erhöht der trapezförmige
Rand 13 die Stabilität des Versteifungselementes 11 beträchtlich.
Das Versteifungselement 11 ist je Fahrzeugseite jeweils über drei Schrauben 16 an
Konsolen 17 und 18 der Längsträger 2 angebunden. Die Schrauben 16 werden
unterseitig im Freiraum des Randes 13 aufgenommen und stehen somit nicht über
die Unterkante des Versteifungselementes 11 vor. Zugangsöffnungen 19 und 20 im
flächigen Abschnitt 12 des Versteifungselements 11 ermöglichen die Wartung des
Antriebsaggregates.
Die Konsolen 17 und 18 befinden sich in dem Bereich des Hilfsrahmens 1, in dem
Kräfte in den Hilfsrahmen 1 eingeleitet werden. Die Anbindung des Versteifungs
elementes 11 an die Konsolen 17 und 18 des Hilfsträgers 1 erfolgt im Bereich von
Randabschnitten 15a und 15b, die Durchgangsöffnungen 23 für die Schrauben 16
aufweisen. Durch die gegenüber den übrigen Randabschnitten 15 verbreiterten
Abschnitte 15a und 15b geht der Rand 13 in den Eckbereichen des Versteifungs
elementes 11, also in den Anbindungsbereichen zu den Konsolen 17 und 18, mit
großen Radien R1 und R2 in den flächigen Abschnitt 12 über, wodurch eine gleich
mäßige Krafteinleitung in den flächigen Abschnitt 12 erzielt wird.
Bei einseitiger Einleitung einer entgegen der Fahrtrichtung FR gerichteten Kraft F,
wie sie beispielsweise bei einem Offset-Crash auftritt (Fig. 1), wird eine Teilkraft FT
unmittelbar in den in direkter Fortsetzung gerichteten Längsträger 2 eingeleitet.
Durch das als Schubfeld wirkende Versteifungselement 11 erfolgt zusätzlich eine
Kraftweiterleitung entlang der Wirkungslinie W1, die durch den hinteren Anbin
dungspunkt 7 an der gegenüberliegenden Seite des Hilfsrahmens 1 geht. Hierdurch
wird eine Kraftkomponente F1 in die der Belastung abgewandte Seite des Hilfsrah
mens 1 eingeleitet.
Bei Einleitung einer Seitenkraft S in den Lagerbock 10 des Hilfsrahmens 1 (Fig. 2)
erfolgt eine Aufteilung der Kraft S in die drei Komponenten S1, S2 und S3 entlang
der Wirkungslinien WS1, WS3 und WS3, die jeweils vom Lagerbock 10 zu den drei
gegenüberliegenden Anbindungspunkten 5, 6 und 7 führen. Auch hier gewährleistet
das Versteifungselement 11 eine gezielte Kraftübertragung auf die gegenüberlie
gende Seite des Hilfsrahmens 1.
Durch die Integration mehrerer Funktionen (Steifigkeitserhöhung, akustische Ab
schirmung, Schutz des Antriebsaggregates vor mechanischen Beschädigungen,
aerodynamisch wirkende Verkleidung) in einem Bauteil ergeben sich Vorteile hin
sichtlich Kosten, Bauraum und Gewicht. Bei einem ausgeführten Kraftfahrzeug mit
einem Leergewicht von ca. 15 kN wird beispielsweise durch ein erfindungsgemäßes
Versteifungselement 11 mit einem Eigengewicht von ca. 30 N eine Erhöhung der
Steifigkeit des Vorderachsträgers um 40% erreicht, neben einer indirekt bewirkten
Versteifung des gesamten Vorderwagens des Kraftfahrzeugs.
Claims (12)
1. Kraftfahrzeug, mit etwa parallel zur Fahrtrichtung verlaufen Längsträgern zur
Aufnahme von Komponenten des Fahrwerks und/oder des Antriebsaggre
gates des Kraftfahrzeuges,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Längsträgern (2) ein im wesentli
chen flächiges Versteifungselement (11) vorgesehen ist.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Längsträger (2) Teil eines Hilfsrahmens
(Vorderachsträger 1) sind.
3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 und/oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (11) einen zumindest
teilweise umlaufenden Rand (13) mit wenigstens einem etwa senkrecht zur
Flächenerstreckung des Versteifungselements gerichteten Wandabschnitt
(14, 21) aufweist.
4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rand (13) im Querschnitt trapezförmig ist.
5. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (11) von einem tiefge
zogenen Metallblech gebildet wird.
6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (11) von einem Alu
miniumblech mit einer Wandstärke von ca. 3 bis 4 mm gebildet wird.
7. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (11) in seinem flächi
gen Bereich (12) Versteifungssicken aufweist.
8. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (11) mit den Längs
trägern (2) lösbar verbunden ist.
9. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (11) wenigstens eine
Öffnung (19, 20) aufweist, die einen Zugang zum Antriebsaggregat des Kraft
fahrzeuges ermöglicht.
10. Kraftfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (11) mit einem aku
stisch dämmenden Material versehen ist.
11. Versteifungselement (11) für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorangegan
genen Ansprüche.
12. Hilfsrahmen (1) für ein Kraftfahrzeug, mit Längsträgern (2), die durch ein Ver
steifungselement (11) nach Anspruch 11 versteift sind.
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