DE69701689T2 - Rahmen eines kraftfahrzeuges - Google Patents
Rahmen eines kraftfahrzeugesInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Rahmen eines Kraftfahrzeugs, welcher Rahmen zumindest zwei längsgerichtete Elemente aus Kompositmaterial umfasst, zumindest eine von Aufhängungselementen getragene Achse, und Verbindungsmittel, die jedes Aufhängungselement mit einem längsgerichteten Element verbinden.
- Mit Kraftfahrzeug ist sowohl ein gezogenes Fahrzeug als auch ein selbstfahrendes Fahrzeug gemeint, beide mit zumindest einer Achse an beiden Enden als auch mit zumindest einer Achse nur am hinteren Ende.
- Insbesondere betrifft die Erfindung, jedoch nicht ausschließlich, einen Anhänger mit einer oder mehr Achsen am hinteren Ende.
- Bei solchen Rahmen sind die längsgerichteten Elemente aus Metall, üblicherweise Stahl, gefertigt.
- Längsgerichtete Elemente aus Stahl sind relativ schwer, wodurch auch der Rahmen relativ schwer ist.
- Daher werden bereits Rahmen mit aus Aluminium gefertigten längsgerichteten Elementen verwendet. Sie sind leichter, jedoch relativ teuer. Um dieselbe Biegefestigkeit und Torsionsstärke wie Stahl zu bieten, müssen Aluminiumträger einen größeren Querschnitt haben.
- In letzter Zeit wurden Rahmen mit längsgerichteten Elementen aus Kompositmaterial - d. h., mit Fasern verstärktes synthetisches Material - experimentell erprobt.
- Ein solcher Rahmen ist offenbart im Artikel von GERALD L. MAY: "Composite truck frame rails tested" in AUTOMOTIVE ENGINEERING, Bd. 87, Nr. 11, November 1979, Seiten 77-79.
- Die Erfindung bezweckt einen Rahmen, der die oben erwähnten und andere Nachteile nicht aufweist und der somit eine größere Stärke hat, jedoch trotzdem relativ leicht und preisgünstig ist.
- Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass besagte Verbindungsmittel ein Verbindungsstück umfassen, einen sogenannten Stützbock, der mit seinem oberen Ende in ein längsgerichtetes Element eingesetzt wird, wobei zwei aufrecht stehende Seitenwände dieses Endes an Teile des längsgerichteten Elements geklebt sind, gemäß dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 1.
- Vorzugsweise sind die längsgerichteten Elemente zusammengesetzte Elemente, die zwei Basisprofile umfassen, wobei das obere Ende des Stützbocks zwischen besagten Basisprofilen eingesetzt ist und an beide Basisprofile geklebt ist.
- Gemäß der Erfindung wird das Ziel auch dadurch erreicht, dass die längsgerichteten Elemente zusammengesetzte Elemente sind, die zwei Basisprofile mit einem U-förmigen Querschnitt umfassen, die mit ihren Rücken zueinander gerichtet sind und die durch zumindest zwei kleinere Verbindungsprofile, die an die Rücken der oben erwähnten Basisprofile geklebt sind, miteinander verbunden sind, gemäß dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 6.
- Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst besagter Rahmen zumindest ein Querglied, das aus Kompositmaterial gefertigt ist und das, beispielsweise durch das Dazwischentreten eines Flanschs oder mittels einer Verdickung, mit seinem Ende an die längsgerichteten Elemente geklebt ist und einen röhrenförmigen Körper umfasst, der mittels Pulwinding oder Filamentwickeln hergestellt ist, gemäß dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 9.
- Der Rahmen kann an seinem Frontteil eine aus Kompositmaterial hergestellte Platte umfassen, die an die zwei längsgerichteten Elemente geklebt ist und die am Boden den Zugzapfen zur Befestigung an einem Anhänger trägt, gemäß dem kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs 13.
- Zur besseren Erläuterung der Merkmale der Erfindung ist die folgende bevorzugte Ausführungsform eines Rahmens gemäß der Erfindung beschrieben, nur als Beispiel und ohne in irgendeiner Weise einschränkend zu sein, unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen, worin:
- Fig. 1 einen Lastkraftwagen mit einem Anhänger gemäß der Erfindung darstellt;
- Fig. 2 den in Fig. 1 mit F2 angedeuteten Teil in einem größeren Maßstab darstellt;
- Fig. 3 den Querschnitt gemäß Linie III-III in Fig. 2 in Perspektive darstellt;
- Fig. 4 eine Ansicht gemäß F4 in Fig. 3 darstellt;
- Fig. 5 einen Querschnitt gemäß Linie V-V in Fig. 3 darstellt;
- Fig. 6 eine Seitenansicht eines Teils eines Anhängers analog zu der in Fig. 2 darstellt, jedoch unter Verweis auf eine andere Ausführung davon;
- Fig. 7 einen Querschnitt gemäß Linie VII-VII in Fig. 6 darstellt;
- Fig. 8 einen Querschnitt gemäß Linie VIII-VIII in Fig. 7 darstellt;
- Fig. 9 einen Querschnitt analog zu dem in Fig. 8 darstellt, jedoch unter Verweis auf eine andere Ausführung;
- Fig. 10 einen Querschnitt gemäß Linie X-X in Fig. 1 in einem größeren Maßstab darstellt.
- [0016] Fig. 1 stellt eine Kombination eines Lastkraftwagens 1 mit einem Anhänger 2 dar, wobei der Anhänger 2, wie üblich, aus einem Rahmen 3 besteht, der hinten auf zwei Radsätzen aufliegt und worauf ein Boden 4 oder ein Aufbau angebracht ist.
- [0017] Wie detailliert in Fig. 2 dargestellt, bestehen diese Radsätze hierbei hauptsächlich aus einer Achse 5, die von Aufhängungselementen 6 getragen wird, die auf federnde Weise mit dem Rahmen 4 verbunden sind, und aus Rädern 7, die an den Enden der Achse 5 befestigt sind.
- [0018] Der Rahmen 3 besteht hauptsächlich aus zwei zusammengesetzten längsgerichteten Elementen 8 und zwischen ihnen montierten Quergliedern 9.
- [0019] Die längsgerichteten Elemente 8 sind zusammengesetzt aus zwei Basisprofilen 10 mit einem U-förmigen Querschnitt und zwei kleineren Verbindungsprofilen 11, die ebenfalls einen U-förmigen Querschnitt haben, wobei sowohl die Basisprofile 10 als auch die Verbindungsprofile 11 pultrudierte Profile oder Profile sind, die mittels Pultrusion aus Kompositmaterial gefertigt wurden. Kompositmaterial ist mit Fasern verstärktes synthetisches Material, wie etwa mit Glasfiber verstärktes Polyester. Es können auch andere synthetische Materialien oder Polymere verwendet werden. Statt Glasfasern können auch andere Verstärkungsfasern verwendet werden, wie etwa Karbonfasern, Aramidfasern und dergleichen.
- [0020] Mit Pultrusion ist ein an sich bekanntes Verfahren gemeint, wobei eine aus Fasern geformte Verstärkung oder ein Gewebe mittels Eintauchen oder Besprühen mit synthetischem Material befeuchtet wird, und wobei die durchtränkten Fasern oder das durchtränkte Gewebe anschließend durch eine erwärmte Extrusionsvorrichtung gezogen werden, wonach das synthetische Material aushärtet.
- [0021] Wie in den Fig. 3 und 5 dargestellt ist, sind die Basisprofile 10 mit ihren vertikal aufgestellten Rücken zueinander gerichtet, mit einem Abstand zwischen besagten Rücken. Folglich weisen die Arme seitlich nach außen.
- [0022] Die Verbindungsprofile 11 sind mit ihren Rücken auf den Basisprofilen 10 beziehungsweise an deren Boden angeordnet, und somit mit ihren Armen zueinander gerichtet.
- [0023] Die Arme dieser Verbindungsprofile 11 sind an die Rückseiten der Rücken der Basisprofile 10 geklebt, beispielsweise mittels eines Zweikomponentenklebers, wie etwa Epoxy.
- [0024] Die federnde Montage jedes Aufhängungselements 6 in Bezug auf ein längsgerichtetes Element 8 wird, wie detailliert in Fig. 2 dargestellt, mittels eines Sicherungselements, eines sogenannten Stützbocks 12, ausgeführt, der mit seinem oberen Teil zwischen den zwei Basisprofilen 10 des längsgerichteten Elements 8 angeordnet ist, an der Stelle einer Unterbrechung 13 der Verbindungsprofile 11.
- [0025] Besagter Stützbock 12 hat die Form eines Rohrs, das bis zur Oberseite des längsgerichteten Elements 8 reicht und das, unter besagtem längsgerichteten Element 8, an der Rückseite abgeschrägt ist.
- [0026] Das zwischen den Basisprofilen 10 befindliche Ende des Stützbocks 12 ist mit zwei flachen Seitenwänden an die Rücken dieser Basiselemente geklebt.
- [0027] Es wird ein Klebstoff gewählt, der dem für die Zusammensetzung der längsgerichteten Elemente 8 gewählten Klebstoff ähnlich ist.
- [0028] Unter dem längsgerichteten Element 8 kann der Stützbock 12 sich eventuell mit leicht vorspringenden Teilen etwas verbreitern, um zu verhindern, dass die Basisprofile 10 sich nach unten verschieben.
- [0029] Direkt durch die zwei Basisprofile 10 und den Stützbock 12 kann eventuell ein Bolzen 14 vorgesehen sein, auf den eine Mutter 15 geschraubt ist. Dieser Bolzen 14 ist an einer neutralen Stelle vorgesehen, wo keine relative Bewegung der Oberflächen des Basiselements 10 und des Stützbocks 12, die gegeneinander angeordnet sind, auftritt, und wo die auf die Basisprofile 10 wirkenden Kräfte minimal sind.
- [0030] Dieser Bolzen 14 dient nicht dazu, Kräfte aufzunehmen, er hilft jedoch, ein seitliches Verschieben des Stützbocks 12 in Bezug zu den zwei Basisprofilen 10 zu verhindern. Außerdem hält der Bolzen 14 den Stützbock 12 und die Basisprofile 10 zusammen, derart, dass sie sich während des Aushärtens des Klebers nicht bewegen können.
- [0031] Der Stützbock 12 kann aus Stahl oder Aluminium gefertigt sein, ist jedoch vorzugsweise auch aus Kompositmaterial gefertigt, beispielsweise durch Formen unter Druck und Hitze, mittels des sogenannten Druckformens oder des Handauflegeverfahrens. Die Druckformtechnik besteht darin, dass das Polymer und die Verstärkungsfasern oder eine Matte aus vorimprägnierten Fasern in eine erwärmte Form gebracht werden und anschließend die Mischung aus Polymer und Verstärkung unter einem großen Druck von beispielsweise einigen 100 Tonnen pro m² in die erforderliche Form gepreßt wird.
- [0032] Am unteren Ende des Stützbocks 12 ist eine Blattfeder 16 befestigt, eventuell mittels Scharnieren. In einem Abstand vom Stützbock 12 ist das Lager 6 mittels Befestigungselementen 17 an der Blattfeder 16 befestigt.
- [0033] Zwischen dem Aufhängungselement 6 und einem unter dem längsgerichteten Element 8 befindlichen Teil des Stützbocks 12 ist ein Stoßdämpfer 18 angebracht, während sich zwischen dem freien Ende der Blattfeder 16 und dem längsgerichteten Element 8 Bälge 19 befinden, die auf eine in den Figuren nicht dargestellte Weise an eine Druckluftquelle angeschlossen sind.
- [0034] Wenn erforderlich, können die längsgerichteten Elemente 8 unten in Nähe der Achsen 5 mittels zusätzlicher längsgerichteter Elemente 20 verstärkt werden, wie in den Fig. 6 bis 8 dargestellt.
- [0035] Diese zusätzlichen längsgerichteten Elemente 20 haben denselben Querschnitt und sind auf dieselbe Weise gefertigt wie die längsgerichteten Elemente 8. Nur ihre Länge ist viel kürzer.
- [0036] Die längsgerichteten Elemente 8 und 20 befinden sich direkt untereinander. Die an den längsgerichteten Elementen 8 befestigten Stützböcke 12 erstrecken sich zwischen den zwei Basisprofilen 10 der zusätzlichen längsgerichteten Elemente 20 und sind auf dieselbe Weise an diese Basisprofile 10 geklebt wie an die längsgerichteten Elemente 8. Die Bälge 19 sind zwischen der Blattfeder 16 und dem zusätzlichen längsgerichteten Element aufgestellt.
- [0037] Die Querglieder 9 bestehen jedes aus einem runden, röhrenförmigen Körper 21 und runden Flanschen 22 an beiden Enden, wie in den Fig. 5, 7 und 8 dargestellt. Der Körper 21 ist aus Kompositmaterial gefertigt, insbesondere mittels Pulwinding oder Filamentwickeln.
- [0038] Pulwinding ist eine Variante von Pultrusion, wobei eine oder mehrere Lagen von Verstärkungsfasern auf eine Spindel gewickelt und vor und/oder nach der Anwendung mit Polymer durchtränkt werden, wonach das Ganze durch ein Extrusionsteil gezogen wird, wonach das Polymer aushärtet.
- [0039] Filamentwickeln ist ein Verfahren, wobei mit Polymer durchtränkte Verstärkungsfasern oder -bänder auf eine rotierende Spindel oder einen Zylinder gewickelt werden, wonach das Polymer aushärtet.
- [0040] Die Flansche 22 werden separat aus Kompositmaterial gefertigt, vorzugsweise mittels der oben erwähnten Druckformtechnik, und sie werden an die Enden des Körpers 21 geklebt, vorzugsweise mittels eines Zweikomponentenklebers, wie etwa Epoxy. Die Verbindung der Flansche 22 mit dem Körper 21 ist an der vom Ende abgewandten Seite abgerundet, mittels eines synthetischen Materials, wie etwa Polyester.
- [0041] Die Querglieder 9 sind mit ihren Flanschen 22 an ein Teil 10' des Rückens eines Basisprofils 10 der zwei längsgerichteten Elemente 8 und/oder der zwei zusätzlichen längsgerichteten Elemente 20 geklebt, mittels eines flexiblen Klebstoffs, beispielsweise eines Zweikomponentenklebers.
- [0042] Um Scherkräfte zu absorbieren und die Flansche 22 während des Aushärtens des Klebstoffs an ihrem Platz zu halten, ist es möglich, jeden der Flansche 22 mit Hilfe von vier Bolzen 23 und Muttern 24 weiter an den Teilen 10' der Rücken der Basisprofile 10 zu befestigen.
- [0043] Ist ein Querglied 9 zwischen den längsgerichteten Elementen 8 in Höhe von zwei Stützböcken 12 vorgesehen, so können die Bolzen 23 den oben erwähnten Bolzen 14 ersetzen.
- [0044] Auch zwischen den Teilen von zwei einander gegenüberliegend angeordneten Stützböcken 12, die unten vorspringen, kann ein Querglied 9 auf die oben beschriebene Weise angebracht sein, wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist.
- [0045] Die erhaltene röhrenförmige Konstruktion der zusammengesetzten längsgerichteten Elemente 8 sorgt für eine besondere Torsionsstärke. Dank des Kompositmaterials und des Verklebens der Profile 10 und 11 sind diese Elemente besonders stark und leicht.
- [0046] Die Querglieder 9 halten nicht nur die zwei längsgerichteten Elemente 8 an ihrem Platz, sondern absorbieren auch die Drehkräfte des Rahmens 3 in Längsrichtung. Die oben beschriebenen Querglieder 9 sind besonders dafür geeignet.
- [0047] Die Anordnung der Oberseite des Stützbocks 12 zwischen den Basisprofilen 10 eines Iängsgerichteten Elements 8 ermöglicht es, diesen Stützbock 12 mit zwei vertikalen Seitenwänden und an beiden Seiten an Teile 10' der zwei Basisprofile 10 zu kleben, was in einer sehr großen Kontaktfläche resultiert und eine Belastung nur an einem bestimmten Punkt auf dem längsgerichteten Element 8 verhindert.
- [0048] All dies gestattet eine beträchtlich bessere Verbindung des Stützbocks 12 mit dem längsgerichteten Element 8 als eine Platte, die am Ende des Stützbocks 12 befestigt ist und die mittels Klebstoff, Bolzen oder einer Kombination davon an der Unterseite des längsgerichteten Elements 8 befestigt wäre. Tests haben erwiesen, dass letztere Montage eines Stützbocks 12 dazu führt, dass die Verbindung nach einiger Zeit zerrissen wird.
- [0049] Nicht nur die längsgerichteten Elemente 8 sind sehr stark und leicht, sondern auch die federnde Verbindung der Stützböcke 12 ist besonders stark. Teilweise dank dieser starken Verbindung wurde es möglich, Kompositmaterial für die Profile 10 und 11 zu verwenden.
- [0050] Die oben erwähnten Querglieder 9 müssen nicht notwendigerweise an ihren Enden mit Flanschen 22 versehen werden.
- [0051] Sie können gemäß einer anderen Ausführung gefertigt werden, wie in Fig. 9 dargestellt, wobei ihr röhrenförmiger Körper 21 an beiden Enden mit einer Verdickung 25 versehen ist. Dieses verdickte Ende hat eine ausreichend große Oberfläche, um fest an die längsgerichteten Elemente 8 geklebt zu werden, entweder mit zusätzlichen Bolzen oder nicht.
- [0052] Gemäß dieser Ausführung wird der Körper 21 mittels Pulwinding oder Filamentwickeln erhalten.
- [0053] An der Vorderseite kann der oben beschriebene Anhänger 2, wie in Fig. 10 dargestellt, eine aus Kompositmaterial gefertigte Platte 26 umfassen, die an die Unterseite der zwei längsgerichteten Elemente 8 geklebt ist und die unten einen Zugzapfen 27 trägt, womit der Anhänger 2 mit der Schwenkplattform 28 des Lastkraftwagens 1 verbunden werden kann.
Claims (14)
1. Rahmen eines Kraftfahrzeugs, welcher Rahmen zumindest
zwei längsgerichtete Elemente (8) aus Kompositmaterial
umfasst, zumindest eine von Aufhängungselementen (6)
getragene Achse, und Verbindungsmittel (12, 16-19), die
jedes Aufhängungselement (6) mit einem längsgerichteten
Element (8) verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass
besagte Verbindungsmittel (12, 16-19) ein
Verbindungsstück, einen sogenannten Stützbock (12), umfassen, der
mit seinem oberen Ende in ein längsgerichtetes Element
(8) eingesetzt ist, wobei zwei aufrecht stehende
Seitenwände dieses Endes an Teile (10') des längsgerichteten
Elements (8) geklebt sind.
2. Rahmen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
besagte Verbindungsmittel (12, 16-19) eine Blattfeder
(16), die mit einem Ende mit dem unteren Ende des
Stützbocks (12) verbunden ist, einen Balg (19) zwischen
dem anderen Ende der Blattfeder (16) und dem
längsgerichteten Element (8) und einen Stoßdämpfer (18) zwischen dem
Aufhängungselement (6) und dem Stützbock (12) umfassen.
3. Rahmen gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die längsgerichteten Elemente (8)
zusammengesetzte Elemente sind, die zwei Basisprofile (10)
umfassen, wobei das obere Ende des Stützbocks (12) zwischen
besagten Basisprofilen (10) eingesetzt ist und an beide
Basisprofile (10) geklebt ist.
4. Rahmen gemäß einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stützbock (12) ebenfalls
aus Kompositmaterial gefertigt ist.
5. Rahmen gemäß einem der vorgenannten Ansprüche,
da
durch gekennzeichnet, dass er auch zwei zusätzliche
längsgerichtete Elemente (20) aus Kompositmaterial
umfasst, die sich unter den längsgerichteten Elementen (8)
erstrecken, während die an die längsgerichteten Elemente
(8) geklebten Stützböcke (12) auch an die zusätzlichen
längsgerichteten Elemente (20) geklebt sind, wenn die
Stützböcke (12) ein derartiges längsgerichtetes Element
(20) berühren.
6. Rahmen eines Kraftfahrzeugs, welcher Rahmen zumindest
zwei längsgerichtete Elemente (8) aus einem
Kompositmaterial umfasst, zumindest eine von Aufhängungselementen
(6) getragene Achse (5) und Verbindungsmittel (12, 16-
19), die besagte Aufhängungselemente (6) mit besagten
längsgerichteten Elementen (8) verbinden, dadurch
gekennzeichnet, dass die längsgerichteten Elemente (8)
zusammengesetzte Elemente sind, die zwei Basisprofile (10) mit
einem U-förmigen Querschnitt umfassen, die mit ihren
Rücken zueinander gerichtet sind und die durch zumindest
zwei kleinere Verbindungsprofile (11), die an die Rücken
der oben erwähnten Basisprofile (10) geklebt sind,
miteinander verbunden sind.
7. Rahmen gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungsprofile (11) einen U-förmigen Querschnitt
haben und mit ihren Beinen an die Rücken der Basisprofile
(10) geklebt sind.
8. Rahmen gemäß den Ansprüchen 3 und 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das obere Ende eines Stützbocks (12)
zwischen zwei Basisprofilen (10) an der Stelle einer
Unterbrechung (13) eines oder mehrerer Verbindungsprofile
(11) eingesetzt ist.
9. Rahmen eines Kraftfahrzeugs, welcher Rahmen zumindest
zwei längsgerichtete Elemente (8) aus Kompositmaterial
umfasst, zumindest eine von Aufhängungselementen (6)
getragene Achse (5) und Verbindungsmittel (12, 16-19), die
besagte Aufhängungselemente (6) mit den besagten
längsgerichteten Elementen (8) verbinden, dadurch
gekennzeichnet, dass besagter Rahmen zumindest ein Querglied (9)
umfasst, das aus Kompositmaterial gefertigt ist und das
mit seinem Ende an die längsgerichteten Elemente (8)
geklebt ist und einen röhrenförmigen Körper (21) umfasst,
der mittels Pulwinding oder Filamentwickeln hergestellt
ist.
10. Rahmen gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass das Querglied (9) zwei Flansche (22) umfasst, die an
die Enden des Körpers (21) geklebt sind und bei einer
hohen Temperatur und unter hohem Druck hergestellt sind.
11. Rahmen gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Wand des röhrenförmigen Körpers (21) mit einer
Verdickung an beiden Seiten versehen ist, welche
Verdickung an die längsgerichteten Elemente (8) geklebt ist.
12. Rahmen gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, dass die Flansche (22) oder die Verdickung auch
mittels Bolzen (23) und Muttern (24) an den
längsgerichteten Elementen (8) befestigt sind.
13. Rahmen eines Kraftfahrzeugs, welcher Rahmen
zumindest zwei längsgerichtete Elemente (8) aus
Kompositmaterial umfasst, zumindest eine von Aufhängungselementen (6)
getragene Achse (5) und Verbindungsmittel (12, 16-19),
die besagte Aufhängungselemente (6) mit besagten
längsgerichteten Elementen (8) verbinden, dadurch
gekennzeichnet, dass der Rahmen an seiner Frontpartie eine aus
Kompositmaterial gefertigte Platte (26) umfasst, die an
die zwei längsgerichteten Elemente (8) geklebt ist und
die am Boden den Zugzapfen (27) zur Befestigung an einem
Anhänger trägt.
14. Rahmen eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
längsgerichteten Elemente (8) durch Pultrusion
hergestellte Elemente sind.
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