Tragstruktur
Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus deren DE 198 10 664 Al ist eine Radaufhängung, insbesondere für eine Vorderachse eines Kraftfahrzeuges, mit einer oberen Lenkerebene, bestehend aus zwei Querlenkern und einer unteren Lenkerebene mit zumindest einem Querlenker bekannt, wobei ein Federbein am unteren Lenker abgestützt ist. In einem topfförmigen Lagerelement sind Lagerungen für Querlenker, ein Lager für eine Kolbenstange eines Federbeins und eine Lagerung für eine Spiralfeder angeordnet und das Lagerelement ist über ein Sturz-Einstellelement um eine Drehachse verschwenkbar am Fahrzeugaufbau gehalten. Dadurch sind an einem aufbauseitig gehaltenen topfförmigen Lagerelement sowohl der Querlenker als auch das Federbein über die Kolbenstange und die Spiralfeder gehalten bzw. gelagert. Über ein am Lagerelement befindliches Einstellelement kann gleichzeitig der Sturz des jeweiligen Rades über die Querlenker eingestellt werden.
Aus der DE 34 34 636 Cl ist eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge mit einer Feder-Dämpfer-Einheit bekannt, bei der die Feder innerhalb zweier am Stoßdämpfer festgelegter Federteller aufgenommen ist. Hierbei ist der obere Federteller am Aufbau des Kraftfahrzeuges abgestützt und der obere Radfüh-
rungslenker an dem Aufbau angelenkt. Durch das Anbinden des oberen Radführungslenkers an dem an der Feder-Dämpfer-Einheit festgelegten, aufbausseitigen Federteller, kann die Radaufhängung vormontiert werden, wobei der obere Radführungslenker und der mit diesem verbundene Radträger bereits relativ zur Feder-Dämpfer-Einheit vorfixiert sind.
Aus der DE 197 26 721 Cl ist ein Verfahren zur Anbindung eines Aggregatequerträgers zur Halterung einer DoppeHenkerach- se an eine Vorbaustruktur einer Rohbaukarosserie eines Kraftwagens bekannt, wobei obere Lenker im Bereich eines mit dem zugehörigen Längsträger verbundenen Radeinbaus angelenkt werden und untere Lenker am Aggregatequerträger gelagert sind. Hierbei wird der Aggregatequerträger über mehrere Befestigungspunkte mit zwei Längsträgern der Vorbaustruktur verbunden, wobei jeder Radeinbau eine Federbeinaufnahme aufweist und wobei mehrere korrespondierende Fixierpunkte am Aggregatequerträger und an der Vorbaustruktur vorgesehen sind. Die Lage der Fixierpunkte und der Befestigungspunkte wird durch Bezugskoordinaten definiert, die ausgehend von einer in der Mitte zwischen den Federbeinaufnahmen in Längsrichtung verlaufenden Bezugsmittelachse festgelegt werden. Hierdurch sollen fertigungsbedingte Bauteiltoleranzen reduziert werden.
Aus der DE 197 26 723 Cl ist schließlich ein Verfahren zur Herstellung einer Rohbaukarosserie bekannt, die eine mit zwei Längsträgern und einem Frontquerträger versehene Vorbaustruktur aufweist und wobei an die Längsträger ein Aggregatquerträger angesetzt wird, an dem untere Lenker einer Achse gelagert werden. Die oberen Lenker werden über zwei Konsolen mit Radeinbauten verbunden, die an die zugeordneten Längsträger angebunden werden. Die in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander liegenden Lagerpunkte jedes Radeinbaus für die obere Lenkerlagerung werden durch ein Spannen des Radeinbaus und ein
definiertes Abstandsmaß bezüglich einer Mittenfixierung in Fahrzeugquerrichtung gebracht, wobei eine auf die Fahrzeuglängsrichtung bezogene gleiche Länge der Längsträger mit den im Einzelteil gestanzten Fixierlöchern in der Vorbaustruktur durch Anschlagen an den Anschlagflächen eingerichtet wird. Hierdurch soll ein Aufwand für Nacharbeiten an den Achsen des Kraftfahrzeuges reduziert werden.
Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Tragstruktur eingangs erwähnter Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere erhöhte Belastungen aufzunehmen vermag und gleichzeitig bauraumneutral ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht aμf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges, welche im Bereich einer Vorderradaufhängung zumindest eine Längsträgeranordnung und eine domartige Federbeinkonsole aufweist, zwischen einem Hauptlängsträger und einem dazu in der Höhe und/oder seitlich versetzten Hilfslängsträger der Längsträgeranordnung die Federbeinkonsole anzuordnen und innerhalb dieser eine Verstärkung vorzusehen, welche sowohl mit dem Hilfslängsträger als auch mit dem Hauptlängsträger fest verbunden ist. Die innerhalb der Federbeinkonsole verlaufende Verstärkung gewährleistet eine stabile Kraftübertragung vom Hauptlängsträger zum Hilfslängsträger und umgekehrt und dient gleichzeitig zur Aufnahme bzw. Befestigung eines oberen Querlenkers. Die Verstärkung verbessert eine Anbindung der Vorderachse an eine Rohbaustruktur des Kraftfahrzeuges und ist insbesondere für SUV's, AAVs, MPVs oder klassische Geländewagen mit Allrad-
antrieb von besonderem Vorteil, da eine im Gelände auftretende erhöhte Fahrbelastung besser aufgenommen werden kann.
Durch den Umstand, dass die Verstärkung innerhalb der Federbeinkonsole angeordnet ist, kann die Verstärkung nahezu bau- raumneutral ausgeführt werden und beeinträchtigt einen ohnehin engen Bauraum im Bereich eines Motorraum-Packages nicht oder nur unwesentlich.
Zweckmäßig umfasst die Verstärkung ein in Fahrtrichtung vorderes und ein hinteres Verstärkungsprofil. Durch die Aufteilung der Verstärkung in zwei separate Verstärkungsprofile wird gewährleistet, dass eine Feder-Dämpfer-Einrichtung im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen unverändert eingebaut werden kann. Denkbar ist somit, dass die erfindungsgemäße Verstärkung lediglich für besonders hoch beanspruchte Fahrwerke bzw. Kraftfahrzeuge verbaut wird, ohne dass hierfür aufwändige und teure serientechnische Änderungen an der Standardversion vorgenommen werden müssten, wodurch eine Variantenvielfalt erleichtert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung sind zwei Gabelarme eines gabelförmigen Endes eines oberen Querlenkers über die Verstärkungsprofile und die Federbeinkonsole am Hauptlängsträger gelenkig gelagert. Die Lagerung der Gabelarme erfolgt somit einerseits an den Verstärkungsprofilen und andererseits an der Federbeinkonsole, wodurch eine besonders robuste Bauweise erreicht wird. Bevorzugt sind hierbei die Gabelarme zu einem Gabelarmzwischenraum hin an den Verstärkungsprofilen und davon abgewandt an der Federbeinkonsole gelenkig gelagert. Zwischen den beiden Verstärkungsprofilen kann wie bisher die Feder-Dämpfer-Einrichtung unverändert verbaut werden, so dass die erfindungsgemäße
Verstärkung keinen Einfluss auf die Montage anderer Struktur- und/oder Fahrwerksteile hat.
Vorzugsweise weisen die Verstärkungsprofile jeweils zwei abgewinkelt, insbesondere orthogonal, zueinander stehende Profilschenkel auf. Das hierdurch entstehende, im wesentlichen rechteckig geknickte Querschnittsprofil zeichnet sich durch eine besonders hohe Steifigkeit und ein hohes Widerstandsmoment aus, wodurch eine zuverlässige Kraftübertragung zwischen dem Hauptlängsträger und dem Hilfslängsträger gewährleistet werden kann und eine besonders robuste Tragstruktur geschaffen wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist jedes Verstärkungsprofil in einem ProfiIschenkel eine langlochförmige Ausnehmung auf, durch welche jeweils ein Gabelarm des oberen Querlenkers hindurch ragt. Die Ausnehmung in einem der Profilschenkel bietet den Vorteil, dass der obere Querlenker ohne jegliche Änderungen im Vergleich zu einem herkömmlichen Fahrzeug verbaut werden kann und die Verstärkung trotzdem ihre Aufgabe erfüllt. Durch die langlochförmige Ausnehmung wird darüber hinaus gewährleistet, dass sich der obere Querlenker so weit um die Lagerachse am Hauptlängsträger drehen kann, so weit es für die jeweilige Fahrsituation erforderlich ist. Die Verstärkung bzw. die Verstärkungsprofile schränken somit in keinster Weise die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges ein.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verstärkung fest mit der Federbeinkonsole verbunden, insbesondere verschweißt. Hierdurch kann neben einer direkten Kraftübertragung vom Hauptlängsträger über die Verstärkung auf den Hilfslängsträger zusätzlich die Federbeinkonsole als aussteifendes bzw. verstärkendes Element herangezogen werden.
Zur erleichterten Anbindungen der Verstärkungsprofile an den Hauptlängsträger und/oder an den Hilfslangsträger und/oder an die Federbeinkonsole, sind an den Profilschenkeln der Verstärkungsprofile jeweils abgekantete Anbindungsflansche vorgesehen. Selbstverständlich sind auch andere Anbindungsmetho- den, wie beispielsweise Kleben oder Punktschweißen, denkbar, so dass für den Zusammenbau der Radaufhängung mit den erfindungsgemäßen Verstärkungsprofilen eine hohe Flexibilität erhalten bleibt.
Zweckmäßig verlaufen die Verstärkungsprofile im Wesentlichen viertelkreis- oder bogenförmig zwischen dem Hauptlängsträger und dem Hilfslangsträger. Hierdurch wird der Verlauf der Verstärkung bzw. der Verstärkungsprofile an einen Verlauf der domartigen Federbeinkonsole angepasst, so dass die Verstärkungsprofile stets innerhalb bzw. unterhalb der Federbeinkonsole verlaufen und problemlos an diese angebunden werden können.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Verstärkungsprofile als Blechformteile ausgebildet. Derartige Blechformteile lassen sich heutzutage kostengünstig und in nahezu beliebiger Form herstellen und benötigen darüber hinaus nur einen geringen Fertigungsaufwand. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass beispielsweise die abgekanteten Anbindungsflansche sowie die Ausnehmungen in einem der Profilschenkel in nahezu einem Arbeitsschritt mittels geeigneter Form- bzw. Stanzwerkzeuge hergestellt werden können.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf eine Tragstruktur mir einer erfindungsgemäßen Verstärkung,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch die Tragstruktur parallel zur x-y Ebene,
Fig. 3 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch parallel zur x-z Ebene geschnitten,
Fig. 4 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch parallel zur y-z Ebene geschnitten.
Entsprechend Figur 1 weist eine Tragstruktur 1 eines im übrigen nicht dargestellten Kraftfahrzeugs eine Längsträgeranordnung auf, die im wesentlichen aus einem Hauptlängsträger 2 sowie einem Hilfslängsträger 3 besteht. Dabei ist der Hilfs- längsträger 3 in der Höhe und/oder seitlich versetzt zum Hauptlängsträger 2 angeordnet. Zwischen dem Hauptlängsträger 2 und dem Hilfslängsträger 3 ist eine domartige Federbeinkonsole 4 vorgesehen, wovon gemäß Fig. 1 die Außenkontur als
nicht durchgezogene Linien dargestellt ist. Die Federbeinkonsole 4 ist fest mit dem Hauptlängsträger 2 und dem Hilfs- längsträger 3 verbunden, insbesondere verschweißt. Innerhalb der Federbeinkonsole 4 ist eine Verstärkung 5 angeordnet, welche sowohl mit dem Hilfslängsträger 3 als auch mit dem Hauptlängsträger 2 fest verbunden ist und welche ein in Fahrtrichtung 6 vorderes Verstärkungsprofil 7 und ein hinteres Verstärkungsprofil 8 umfasst.
Der in Fig. 1 gezeigte Ausschnitt der Tragstruktur 1 beleuchtet dabei einen Bereich einer Radaufhängung, insbesondere einer vorderen Radaufhängung. Des Weiteren sind gemäß Fig. 1 Gabelarme 9, S" eines gabelförmigen oberen Querlenkers 10 zu erkennen, die über die Verstärkungsprofile 7, 8 und die Federbeinkonsole 4 am Hauptlängsträger 2 gelenkig gelagert sind. Dabei sind die Gabelarme 9, 9' zu einem Gabelarmzwischenraum 11 hin an den Verstärkungsprofilen 7,8 und davon abgewandt an der Federbeinkonsole 4 gelenkig gelagert.
Um eine möglichst hohe Steifigkeit zu erzielen und damit eine besonders gute Aufsteifung zwischen dem Hauptlängsträger 2 und dem Hilfslängsträger 3 zu bewirken, weisen die Verstärkungsprofile 7, 8 jeweils zumindest zwei abgewinkelt, beispielsweise orthogonal, zueinander stehende ProfilSchenkel 12 und 12' auf. Dabei ist die orthogonale Anordnung der Profilschenkel 12, 12' rein exemplarisch zu verstehen, so dass auch in einem anderen Winkel zueinander angeordnete Profilschenkel 12, 12' von der Erfindung umschlossenen sein sollen. Die Profilschenkel 12, 12' bewirken so ein hohes Widerstandsmoment und tragen somit maßgeblich zur Steifigkeit der Verstärkung 5 bei.
Um die Verstärkungsprofile 7, 8 einfach an den Hauptlängsträger 2 und/oder an den Hilfslängsträger 3 und/oder an die Fe-
derbeinkonsole 4 anbinden zu können, sind gemäß Fig. 1 an Profilschenkel 12, 12' abgekantete Anbindungsflansch 13 angeordnet. Über diese Anbindungsflansche 13 können die Verstärkungsprofile 7, 8 mit o.g. Bauteilen fest verbunden, insbesondere verschweißt, werden.
Jedes der Verstärkungsprofile 7, 8 weist in zumindest einem ProfiIschenkel 12, eine langlochförmige Ausnehmung 14 auf, durch welche jeweils ein Gabelarm 9, 9' des oberen Querlenkers 10 hindurch ragt. Die langlochförmige Ausnehmung 14 gewährleistet somit, dass sich der Querlenker 10 um seine Drehachse 15 entsprechend der jeweiligen Fahrsituationen problemlos drehen kann und nicht von den Verstärkungsprofilen 7, 8 daran gehindert wird.
Gemäß den Fig. 1 und 4 verlaufen die Verstärkungsprofile 7, 8 im Wesentlichen viertelkreis- oder bogenförmig zwischen dem Hilfslängsträger 3 und dem Hauptlängsträger 2. Dabei ist entsprechend Fig. 4 deutlich zu erkennen, dass die Verstärkungsprofile 7, 8 stets innerhalb bzw. unterhalb der Federbeinkonsole 4 verlaufen. Durch die Anordnung der Verstärkung 5 bzw. der Verstärkungsprofile 7, 8 innerhalb der Federbeinkonsole 4 kann eine bauraumneutrale Anordnung erreicht werden, welche keinen zusätzlichen Bauraum im ohnehin engen Motorraum- Package benötigt. Die innerhalb der Federbeinkonsole 4 gewählte Anordnung bietet darüber hinaus den Vorteil, dass die Verstärkungsprofile 7, 8 nur bei denjenigen Fahrzeugen montiert werden, bei welchen der jeweilige Verwendungszweck dies auch erfordert, wogegen sie bei Standardversionen der Kraftfahrzeuge nicht montiert werden. Aufwändige und teure Eingriffe in die Serienfertigung können dadurch vermieden werden und die Verstärkung 5 lediglich als spezielles Zubehör für besonders belastbare Fahrzeuge angeboten werden. Derartige Fahrzeuge mit einer erhöhten Fahrbelastung, die eine verbes-
serte Betriebsfestigkeit benötigen, sind beispielsweise SUV's, AAV's, MPV"S oder klassische Geländewagen mit Allradantrieb. Selbstverständlich können hierunter auch Militärfahrzeuge fallen.
Dabei ist es generell möglich, dass die Verstärkungsprofile 7, 8 als Blechformteile ausgebildet sind, wodurch sich diese kostengünstig und einfach herstellen lassen.
Gemäß Fig. 2 sind die im Gabelarmzwischenrautn 11 angeordneten Verstärkungsprofile 7, 8 erkennbar, welche die Gabelarme 9, 9' lagern. Jeder der Gabelarme 9, 9' ist jeweils an der Federbeinkonsole 4 und an einem Verstärkungsblech 7, 8 drehbar um die Drehachse 15 gelagert. In den Fig. 2 bis 4 ist die Federbeinkonsole 4 im Unterschied zu Fig. 1 als durchgezogene Linie dargestellt, wodurch die Verständlichkeit der Zeichnungen erleichtert werden soll. Ebenfalls erkennbar sind die An- bindungsflansche 13, mit welchen die Verstärkungsprofile 7, 8 an der Federbeinkonsole 4 angebracht sind. Im Gabelarmzwischenraum 11 kann durch die erfindungsgemäße Verstärkung 5 wie bei herkömmlichen Fahrzeugen üblich, eine nicht gezeigte Feder-Dämpfer-Einrichtung angeordnet sein, so dass eine Anordnung der Verstärkungsprofile 7, 8 keinerlei Änderungen an einer serienmäßigen Radaufhängung zur Folge hat.
Gemäß Fig. 2 sind die beiden Profilschenkel 12 und 12' eines jeden Verstärkungsprofils 7, 8 zu erkennen, welche beispielhaft orthogonal zueinander angeordnet sind, die jedoch aber auch in einem anderen Winkel zueinander platziert sein können. Ähnlich der Darstellung in Fig. 2 sind auch gemäß Fig. 3 die Gabelarme 9, 9' jeweils nach außen von der Federbeinkonsole 4 und zum Gabelarmzwischenraum 11 hin an den Verstärkungsprofilen 7, 8 drehbar um die Drehachse 15 gelagert. Sowohl die Federbeinkonsole 4 als auch die Verstärkungsprofile
7, 8 übernehmen somit die Anbindung des Querlenkers 10 an den Hauptlängsträger 2. Die Verstärkungsprofile 7, 8 sind mit ihren jeweiligen Anbindungsflanschen 13 sowohl mit dem Hauptlängsträger 2 als auch mit der Federbeinkonsole 4 fest verbunden, beispielsweise verschweißt oder verklebt.
In Fig. 4 ist das Verstärkungsprofil 7 (respektive auch das Verstärkungsprofil 8) unterhalb bzw. innerhalb der domartigen Federbeinkonsole 4 angeordnet und benötigt dadurch keinen zusätzlichen Bauraum. Der gabelförmige Querlenker 10, welcher drehbar um die Drehachse 15 über die Verstärkungsprofile 7, 8 am Hauptlängsträger 2 angeordnet ist, ragt mit jeweils einem Gabelarm 9, 9', hier dem Gabelarm 9, durch die Ausnehmung 14, die im Profilschenkel 12' des jeweiligen Verstärkungsprofils 7, 8 angeordnet ist. Die Ausnehmung 14 ist dabei gemäß Fig. 4 als langlochförmige Ausnehmung 14 ausgebildet und derart dimensioniert, dass eine für sämtliche Fahrsituationen ausreichende Beweglichkeit des Querlenkers 10 gewährleistet ist. Das Verstärkungsprofil 7, 8 verläuft im Wesentlichen viertelkreis- oder bogenförmig zwischen dem Hauptlängsträger 2 und dem Hilfslängsträger 3 und passt sich dadurch an eine innere Kontur der Federbeinkonsole 4 an.
Zusammenfassend lassen sich die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt charakterisieren:
Die Erfindung sieht vor, bei einer Tragstruktur 1 eines Kraftfahrzeuges im Bereich einer Radaufhängung zwischen einem Hauptlängsträger 2 und einem dazu in der Höhe und/oder seitlich versetzten Hilfslängsträger 3 eine Federbeinkonsole 4 anzuordnen, innerhalb welcher eine aus zumindest zwei Verstärkungsprofil 7, 8 aufgebaute Verstärkung 5 verläuft, die sowohl mit dem Hilfslängsträger 3 als auch mit dem Hauptlängsträger 2 fest verbunden ist.
Hierdurch wird eine Verbesserung der Betriebsfestigkeit erreicht, welche insbesondere bei Geländewagen mit erhöhter Fahrbelastüng vorteilhaft ist. Die Verstärkung 5 gewährleistet eine stabile Kraftübertragung vom Hauptlängsträger 2 zum Hilfslängsträger 3 und dient gleichzeitig zur Aufnahme/Befestigung des oberen Querlenkers 10. Durch die Anordnung der Verstärkung 5 innerhalb der Federbeinkonsole 4 wird kein zusätzlicher Bauraum benötigt. Darüber hinaus sind keine serientechnischen Änderungen erforderlich, so dass die Verstärkungsprofile 7, 8 bei Bedarf verbaut werden können, wogegen bei Fahrzeugen einer Standardversion der Einbau der Verstärkungen 5 unterbleibt. Hierdurch wird insbesondere die Variantenbildung vereinfacht.