DE2509351C2 - Fahrzeugrahmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugrahmen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher, aus der DE-OS 21 37 517 bekannter Fahrzeugrahmen trägt an jedem der seitlichen Längsträger zwischen Stoßstange und Querträger einen plastisch deformierbaren Endbereich der aus einem geschlossenen Hohlprofil besteht, das mit mehreren umlaufenden Sikken versehen ist, welche Biegestellen für den Knautschbeginn darstellen. Die gesickten Hohlprofile haben zur Fahrzeugmitte hin zunehmende Querschnitte in Form eines sich erweiternden Kastenprofils, das aufeinanderfolgend mit Sicken versehen ist, wodurch progressiv deformierbare Knautschabschnitte entstehen.

Bei dem bekannten Fahrzeugrahmen erfolgt bereits bei einem leichten Aufprall ein axiales Eindrücken der Endbereiche der Längsträger unter gleichzeitigem Knautschen, so daß der ganze Knautschabschnitt des Längsträgers ausgewechselt werden muß. Durch die direkte Aneinanderreihung der im Querschnitt zunehmenden Knautschzonen erhöht sich zwar der Knautschwiderstand von Zone zu Zone, bei einem stärkeren Aufprall läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß auch die Längsträger selbst gestaucht werden.

Aus der DE-AS 18 01 960 ist es bekannt, bei Längsträgern mit U-profil zur Einleitung der Knautschung Sikken und Bohrungen vorzusehen.

Zum Stand der Technik gehört nach der US-PS 34 32 200 eine elastisch verformbare Stoßstange mit einem Hohlprofil aus elastischem Material, das innenseitig von einem starren zylindrischen Teil mit Außenwulsten abgestützt ist, welches sich mit seinem zylindrischen Abschnitt, der einen kleineren Durchmesser als die Wulste aufweist, durch eine Öffnung in eineia Block aus elastischem Material erstreckt, der im Inneren der Stoßstange gehalten ist Bei einem Aufprall verformt sich das Profil der Stoßstange, wobei das starre Teil mit den Wulsten ins Innere der öffnung im elastischen Block gedruckt wird. Durch die gesamte elastische Verformung wird Aufprallenergie verbraucht Wenn die Aufgrallenergie die Stoßstange nicht zerstört, kann das starre Teil wieder in die Ausgangsposition gedrückt werden, so daß die Stoßstange wieder ihre Ursprungsform einnimmt

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besieht nun darin, bei einem Fahrzeugrahmen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die Längsträgeranordnung so zu gestalten, daß bei raumsparender und unempfindlicher Bauweise neben einer plastischen Verformung mit zunehmendem Verformungswiderstand bei größeren Aufprallenergien eine elastische Rückstellung der Stoßstange bei geringen Aufprallenergien ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmens.

Mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeugrahmen ist es möglich, bei Kollisionen mit geringen Aufprallenergien eine elastische .Abfederung und eine elastische Rückstellung der Stoßstange zu erreichen, ohne daß eir. Auswechseln von Teilen nötig ist. Bei größeren Aufprallenergien erfolgt eine Energieabso.piion durch plastische Verformung mit zunehmendem Verformungswiderstand, ohne daß eine Stauchung der Längsträger stattfindet. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Verlängerung des Fahrzeugrahmens innerhalb für das Fahrzeug akzeptabler Grenzen liegt und der Rahmen trotzdem robust und einfach gebaut werden kann.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 perspektivisch einen Fahrzeugrahmen mit nicht montierten Stoßstangen,

Fig.2 den Schnitt 2-2 von Fig. 1, wobei hier die Stoßstange am Fahrzeugrahmen befestigt ist,

F i g. 3 in der Ansicht wie F i g. 2 den Fahrzeugrahmen mit einer ersten Knautschung,

Fig.4 in der Ansicht von Fig.2 den Fahrzeugrahmen mit einer zusätzlichen zweiten Knautschung,

F i g. 5 in der Ansicht von F i g. 2 den Fahrzeugrahmen mit einer zusätzlichen dritten Knautschung,

F i g. 6 den Teil des Fahrzeugrahmens von F i g. 2 mit einer zusätzlichen vierten Knautschung, F i g. 7 den Schnitt 7-7 von F i g. 2, F i g. 8 den Schnitt 8-8 von F i g. 7,

Fig.9 eine perspektivische Ansicht des die zweite Knautschzone bildenden Hilfstragrohrs von F i g. 7 bzw. 8,

F i g. 10 in einer Ansicht wie F i g. 8 eine zweite Ausführungsform des Hilfstragrohrs,

Fig. 11 das Hilfstragrohr von Fig. 10 perspektivisch, Fig. 12 im Schnitt 12-12 von Fig.2 das die dritte

3 4

Knautschzone bildende Rohr, Am hinteren Ende des Hilfstragrohres 34 ist durch

Fig. 13 den Schnitt 13-13 von Fig. 12 einer zweiten Schweißen eine Tragplatte 35 befestigt, die ihrerseits

Ausführungsform der Knautschzone des Rohrs, durch eine Schraube 36 an der Platte 32 des Rohres 20

Fig. 14 den Schnitt 14-14 von Fig. 12 der zweiten befestigt ist

Ausführungsform der Knautschzone, 5 Das Kunststoffrohr 31 ist an seinem vorderen Ende

F i g. 15 das Rohr von F i g. 12 bis 14 perspektivisch, mit einem nach außen ragenden Flansch 31 a versehen,

F i g. 16 im Schnitt 16-16 von F i g. 2 das eine vierte mit dem es an dem hinteren plattenförmigen Abschnitt

Knautschzone bildende Rohr, 306 der Stoßstange 30 mit Hilfe eines Halterings 37

Fig. 17 den Schnitt 17-17 von Fig. 16 einer zweiten befestigt ist

Ausführungsform des Knautschbereichs des vorderen io Das Kunststoffrohr 31 ist am hinteren Ende mit einem

IJingsträgers, die Knautschung einleitenden Teil 3ib versehen, das

Fig. 18 den Schnitt 18-18 von FigJ16 der zweiten zwischen der Tragplatte 35 und der Stirnplatte 32 gehal-

Ausführungsform des Knaifischbereichs, ten ist Das Hilfstragrohr 34 hat am vorderen oder inr.e-

F i g. 19 das Rohr von F i g. 16 bis 18 perspektivisch, ren Ende ein die Knautschung einleitendes Teil 34a.

F i g. 20 den Schnitt 20-20 von F i g. 2 in einer dritten 15 Das einen rechteckigen Querschnitt aufweisende

Ausführungsform, Rohr 20 hat ein die Knautschung einleitendes Teil 25 in

Fig.21 in einem Diagramm das Verhalten eines Form einer Versetzung E, wie dies ;n Fig.2 und in

knautschbereichfreien Trägers bei Aufprall in seiner F i g. 20 gezeigt ist Das Rohr 20 ist mit seiner längeren

Axialrichtung. Erstreckung zur Aufnahme größerer vertikaler Lasten

F i g. 22 das Verhalten eines mit einer Knautschzone 20 vertikal und mit seiner kürzeren Erstr.- :kung horizontal

versehenen Trägers bei einem Aufprall in seiner Axiil- angeordnet

richtung und Für die Einleitung des säulenförmigen Knautschvor-

F i g. 23 das Verhalten eines Trägers mit hintereinan- ganges muß die axiale Versetzung E (F i g. 8,10,13,14,

der wirksam werdenden Knautschzonen beim Aufprall 17, 18) des Rohrs, wenn es aus Stahl besteht etwa das

in seiner Axialrichtung, wobei Aufprallschwingungen 25 Fünffach-?, der Wandstärke Wdes Rohrs betragen. Bei

weggelassen sind. rechteckigen Rohren und bei Versetzungen E, die nicht

Der in F i g. 1 gezeigte Fahrzeugrahmen hat mittlere, am äußeren Ende des Rohrs liegen, ist das Verhältnis

seitlich angeordnete Längsträger 10, einen hinteren etwas größer als 5 :1. Das Verhältnis ist bei Materialien

Hauptquerträger 11, hintere, seitlich angeordnete mit kleinerem Elastizitätsmodul als Stahl geringer.

Längsträger 12, einen hinteren Querträger 13, hintere 30 F i g. 2 bis 6 zeigen das Verhalten der verschiedenen

Tragrohre 14, die in Längsrichtung knautschen und die Energie aufnehmenden Teile bei verschiedenen Stärken

hintere Stoßstange 30.2 tragen, einen vorderen Querträ- des Aufpralls.

ger la zur Aufnahme des Getriebes und des Motors, Fig. 2 zeigt den Ausgangszustand der Teile,
seitliche Zwischen-Längsträger 16, einen vorderen F i g. 3 zeigt den Zustand bei einem leichten Aufprall Querträger 17 zur Aufnahme des Motors, vordere, seit- 35 (erste Stufe), beispielsweise bei einer Geschwindigkeit lieh angeordnete Längsträger 18, die in ihrer Längsrich- von 8 km/h. Das Kunststoffrohr 31 knautscht in der ertung knautschen, einen vorderen Querträger 19 zur sten Knautschzone. Es nimmt in kurzer Zeit nach dem Aufnahme des Kühlers und der zugehörigen Teile, und Knautschen seine ursprüngliche Form wieder ein.
vordere Rolre 20, die zur Halterung der vorderen Stoß- F ig. 4 zeigt den Zustand bei einem stärkeren Aufstange FB dienen und in Längsrichtung knautschen. 40 prall (zweite Stufe). Hierbei wird die doppelwandige

Die vordere und die hintere Stoßstange 30.1 bzw, 30.2 Stoßstange 30 in Falten geknautscht wodurch ein Teil

sind gleich ausgebildet so daß nur die vordere Stoßstan- der Energie aufgenommen wird. Ferner knautscht das

ge 30.1 = 30 beschrieben wird. Hilfstragrohr 34 als zweite Knautschzone, nachdem sein

Wie in F i g. 2 gezeigt ist, hat die in Querrichtung vorderes Ende in Berührung mit dem vorderen platten-

verlaufendr Stoßstange 30 einen vorderen und einen 45 förmigen Abschnitt 30a der Stoßstange 30 gekommen

hinteren plattenförmigen Abschnitt 30a bzw. 30b, die im ist Die Knautschung des Hilfstragrohres 34 ist perma-

Abstand angeordnet sind. Die Stoßstange 30 ist an in nent und verhindert daß das Kunststoffrohr 31 in seine

Querrichtung im Abstand voneinander angeordneten ursprüngliche Form zurückkehrt.

Stellen an runden KunsU'offrohren 31 aus elastomerem F i g. 5 zeigt den Zustand bei einem gegenüber F i g. 4

Materia! befestigt, die ihrerseits an Platten 32 befestigt 50 stärkeren Aufprall (dritte Stufe). Dabei knautschen als

sind. Die Platten 32 sind beispielsweise durch Schwei- dritte Knautschzone die Rohre 20 des Fahrzeugrah-

ßen an den Rohren befestigt. mens. Gemäß F i g. 6 knautschen bei einem noch stärkt-

An den Befestigungsstellen ist der hintere plattenför- ron Aufprall (vierte Stufe) die sekundären vorderen mige Abschnitt 30£>der Stoßstange 30 mit einer öffnung Längsträger 18 als vierte Knautschzone ausgehend von innerhalb des Kunststoffrohrs 31 versehen. An der öff- 55 einem eine vorgeformte Versetzung bildenden Teil 26.
nung ist ein Führungsring 33 befestigt. Innerhalb des Der heckseitigen Stoßstange 30.2 sind drei Knautsch-Kunststoffrohrs 31 ist an dessen hinterem Ende ein zonen zugeordnet, da dort der Aufprall in der Regel Hilfstragrohr 34 befestigt, dessen vorderes Ende sich weniger stark ist

innerhalb der öffnung des Führungsringes 33 befindet, Fig.7 bis 20 zeigen verschiedene Ausführungsfor-

wobei rings um das Hilfstragrohr 34 ein ausreichender 60 men der Teile zur Einleitung der Knautschung.

Abstand vorgesehen ist, um ein Verklemmen bei schräg Fig. 7 bis U zeigen ein rundes oder innerhalb der

wirkenden Belastungen zu vermeiden. Knautschfähigkeit ovales Hilfstragrohr 24 der zweiten

Der Sitz ist andererseits eng genug, daß die Hilfstrag- Knautschzone, das die Fähigkeit zur Knautschung in

rohre 34 anstelle (Jer Kunststoffrohre 31 schwere BeIa- konzentrischen, axial abwechselnden nach innen und

stungen aufnehmen können, wenn das Ende des Fahr- 65 außen ragenden Knautschrippen hat, wobei der die

zcugs angehoben wird, beispielsweise beim Aufbocken. Knautschung einleitende Bereich 34a am Ende des

Die Hilfstragrohre 34 haben einen kreisförmigen Quer- Hilfstragrohres 34 angeordnet ist. Fi g. 8 und 9 zeigen

■ ' die nach innen gerichtete Versetzung E der Rohrwand

W. Wie erwähnt, beträgt die Versetzung E etwa das Fünffache der Wandstärke. Die sich bei einem Aufprall zuerst bildende Knautschrippe verläuft in diesem Fall von der Rohrwand W nach außen. F i g. 10 und 11 zeigen als Variante eine von der Rohrwand W nach außen verlaufende Versetzung farn Ende des Hilfstragrohres 34. Hier verläuft die erste Knautschrippe von der Rohrwand Wnach innen.

F i g. 12 bis 15 zeigen das rechteckige Rohr 20 mit der dritten Knautschzone, das vor dem Querträger 19 sitzt und die Fähigkeit hat, in Umfangsrichtung über die Länge abwechselnd nach innen und außen zu knautschen, wobei das Teil 25 zur Einleitung der Knautschung am vorderen Ende des Rohrs 20 angeordnet ist. Die nach innen gerichteten Bereiche 253 sind auf den einander gegenüberliegenden vertikalen Seiten angeordnet, so daß als erste eine nach außen ragende Knautschrippe entsteht. Die nach außer: gerichtete.-; Bereiche 25.4 sind auf den einander gegenüberliegenden horizontalen oberen und unteren Seiten angeordnet Sie bewirken die Bildung von nach innen ragenden Knautschrippen.

F i g. 16 bis 19 zeigen das rechteckige Rohr 18 mit der vierten Knautschzone, das die Fähigkeit hat, in Umfangsrichtung über die Länge abwechselnd nach innen und außen ragende Knautschrippen zu bilden, wobei das die Knautschung einleitende Teil 26 in einem kurzen Abstand vom vorderen Ende 18a angeordnet ist. Das Ende 18a dient zur Verbindung mit dem vorderen Querträger 19. Die nach innen ragenden Bereiche 26.5 sind an den einander gegenüberliegenden vertikalen Seiten angeordnet Sie leiten die Bildung von stärkeren, nach außen ragenden Knautschrippen ein. Die nach außen ragenden Bereiche 26.6 sind auf den einander gegenüberliegenden horizontalen oberen und unteren Wänden angeordnet Sie leiten die Bildung von stärkeren, nach innen ragenden Knautschrippen ein. Die seitlichen Längsträger 18, die hinter den Rohren 20 angeordnet sind und die vierte Knautschzone bilden, bestehen aus stärkerem, steiferem Material und beginnen erst zu knautschen, wenn die davor befindlichen Knautschzonen eins bis drei vollständig geknautscht sind. Die Stoßstangen 30.1 bzw. 30.2 halten die hinteren Tragrohre 14 und die vorderen Rohre 20 an ihren äußeren Enden zusammen, so daß die Knautschung in axialer Richtung verläuft Ebenso hält dsr Querträger 19 die vorderen Längsträger 18 an ihren äußeren Enden zusammen.

Die Linie A im Diagramm von Fig. 21 zeigt die Abhängigkeit der Verformung von der Belastung bei einem Rohr ohne vorgeformte, die Knautschung einleitende Versetzung. Die Linie B in F i g. 22 zeigt die Abhängigkeit der Verformung von der Belastung bei einem Rohr, das eine die Knautschung einleitende Versetzung aufweist Ein Vergleich der beiden Kurven zeigt, daß bei einem Rohr mit Versetzung die hohe Spitze A\ des Belastungsverlaufs (F i g. 21), wie sie bei einem Rohr ohne Versetzung auftritt vermieden wird, und daß nach dem Beginn der Knautschung bei dem Rohr mit Versetzung (Kurve nach F i g. 22) sich eine niedrigere Spitze Bi ergibt und durch die Knautschung die gleichen Belastungen aufgenommen werden wie bei dem Rohr ohne Versetzung (Kurve nach F i g. 21 \ Dies liegt daran, daß das kurze vorgeformte Teil bzw. der Bereich den Beginn der Knautschung bei einer geringeren Belastung einleitet und daß auf der restlichen Rohrlänge hohe Belastungen aufgenommen werden.

F i g. 23 zeigt graphisch das Verhalten bei hintereinander wirkenden, axial angeordneten Knautschzonen. Die Linie K. zeigt die Erholung der Kunststoffrohre 31 (Fig.3), nach einem schwachen Aufprall. Die Linie L zeigt die Wirkung der Hilfstragrohre 34 (F i g. 4), wobei auch die Stoßstangen knautschen. Die Linie M zeigt die Wirkung der vorderen seitlichen Rohre 20 (F i g. 5). Die Linie N zeigt die Wirkung der sekundären seitlichen, vorderen Längsträger 18 (F i g. 6).

Die Werte in den Diagrammen sind Relativwerte. Die absoluten Werte hängen von Art und Größe des Fahrzeugs und anderen Faktoren ab.

Die Energie absorbierenden Teile sind seitlich so versteift, daß die Wirkung auf eine axiale Knautschung ohne seitliche Verbiegung begrenzt ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Fahrzeugrahmen mit durch einen Querträger verbundenen Längsträgeranordnungen, die stirnseitig durch eine Stoßstange verbunden und jeweils mit zur Fahrzeugmitte hin ansteigendem Deformationswiderstand axial knautschbar sind, wobei eine Knautschung von einem Bereich der Längsträgeranordnungen mit zu deren Längsrichtung versetzter, vorgeformter Wandung ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß eine zuerst ansprechende erste Knautschzone der Längsträgeranordnung ein an der Stoßstange (30) befestigtes, elastisches Kunststoffrohr (31) ist, das Ober einen seine Knautsch'.mg einleitenden Teil (31b) an einer Stirnplatte am einen Ende eines angrenzenden Rohres (20) befestigt ist, daß eine danach ansprechende zweite Knautschzone von einem innerhalb des Kunststoffrohres (31) und konzentrisch zu diesem angeordneten Hilfstragrohr (34) gebildet wird, dessen eines Ende an der Stirnplatte (32) befestigt und dessen anderes Ende im Abstand von der Stoßstange (30) in deren Normallage gehalten ist, und daß eine danach ansprechende dritte Knautschzone von dem sich an seinem anderen Ende am Querträger (19) abstützenden Rohr (20) gebildet wird, wobei dessen Knautschung von einer in der Nähe der Stirnplatte (32) gelegenen vorgeformten Versetzung (Teil 25) der Wandung des Rohres (20) zu dessen Längsrichtung ausgeht

2. Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine nach deir> Knautschen der drei Knautschzonen ansprechende vierte Knautschzone in Form eines an einer sein· Kna-tschen einleitenden vorgeformten Versetzung (Teil 25) an der dem Rohr (20) gegenüberliegenden Seite des Querträgers (19) befestigten weiteren Rohres (18).

3. Fahrzeugrahmen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (20, 18) einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.