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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen, insbesondere einen
als Achsträger ausgebildeten Hilfsrahmen eines Kraftfahrzeuges
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung
betrifft außerdem ein mit einem derartigen Hilfsrahmen ausgestattetes
Kraftfahrzeug.
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Aus
der
EP 0 941 912 B1 ist
ein gattungsgemäßer Hilfsrahmen für ein
Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem zwischen zwei Längsträgern
ein flächiges Versteifungselement vorgesehen ist. Dieses
Versteifungselement soll als Schubfeld wirken und eine Kraft, welche
in einen der beiden Längsträger des Hilfsrahmens – beispielsweise
bei einem Unfall – eingeleitet wird, auf den gegenüberliegenden
Längsträger übertragen. Das zwischen
den beiden Längsträgern des Hilfsrahmens angeordnete
Versteifungselement soll insbesondere bei einem Seitenaufprall eine typische
Verschiebung der beiden Längsträger des Hilfsrahmens
gegeneinander (Parallelogrammverformung) verhindern. Das Versteifungselement
ist dabei sowohl über an den Längsträgern
angeordneten Konsolen als auch über aufgebogene Ränder
am Hilfsrahmen festgelegt und dadurch entsprechend aufwändig
konzipiert.
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Aus
der
EP 0 760 327 B1 ist
ein Fahrzeugaufbau bekannt, bei welchem ein Versteifungselement
in Form einer sogenannten Trägerplatte an separaten Streben
befestigt ist, die ihrerseits mit den üblichen Längsträgern
des Fahrzeugaufbaus verbunden sind. Die bekannte Unterbodenanordnung
befindet sich dabei im Heckbereich eines insbesondere als Cabriolet
ausgebildeten Kraftfahrzeuges und soll die Torsionssteifigkeit des
Fahrzeugaufbaus erhöhen.
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Schließlich
ist aus der
DE 42 44
217 A1 eine selbsttragende Fahrzeugkarosserie bekannt,
welche am Unterboden eine Vorrichtung zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit
aufweist. Um dabei neben einer wesentlichen Erhöhung der
Torsionssteifigkeit gleichzeitig die aerodynamischen Eigenschaften
des Kraftfahrzeugs positiv beeinflussen zu können und gleichzeitig
auch eine Nachrüstlösung für vorhandene Kraftfahrzeuge
zu schaffen, ist die Vorrichtung durch eine tragende, schubsteife
Bodenplatte gebildet, welche einerseits mit einem Endbereich der
seitlichen Längsträger der Fahrgastzelle und andererseits über ein
Schlitzelement mit einem Fahrzeugendbereich starr verbunden ist.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für einen Hilfsrahmen der gattungsgemäßen
Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche
einerseits die Torsionssteifigkeit eines mit dem Hilfsrahmen ausgestatteten Kraftfahrzeugs
erhöht und andererseits eine Montage des Hilfsrahmens vereinfacht.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Hilfsrahmen
vorzusehen, an den von unten ein plattenartiges Versteifungselement
zur Erhöhung der Torsionssteifigkeit angeschraubt wird. Der
Hilfsrahmen kann dabei insbesondere als Achsträger eines
Kraftfahrzeuges ausgebildet sein und weist üblicherweise
zwei seitliche, sich im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung
erstreckende Längsträger auf. Das plattenartig
ausgebildete Aussteifungselement ist dabei so von unten auf den
Hilfsrahmen aufgesetzt, dass es diesen allseitig zumindest teilweise überragt. Über
lösbare Befestigungselemente, beispielsweise Schrauben,
ist das Aussteifungselement sowohl direkt mit der Fahrzeugkarosserie
als auch indirekt über den Hilfsrahmen mit der Fahrzeugkarosserie
verbunden, das heißt an dieser festgelegt. Bei dem erfindungsgemäßen
Hilfsrahmen ist somit das Aussteifungselement nicht aufwändig zwischen
den beiden Längsträgern des Hilfsrahmens angeordnet,
wie dies beispielsweise aus der
EP 0 941 912 B1 bekannt ist, sondern es wird
in einfacher Weise von unten auf den Hilfsrahmen aufgesetzt und anschließend
mit diesem bzw. direkt mit der Fahrzeugkarosserie verschraubt. Da
insbesondere bei einem als Achsträger ausgebildeten Hilfsrahmen
oberhalb desselben oftmals Aggregate angeordnet sind, welche turnusmäßig
gewartet werden müssen, ist es durch das erfindungsgemäß von
unten am Hilfsrahmen befestigte Aussteifungselement einfach durch Abschrauben
desselben möglich, einen direkten Zugang zu den zu wartenden
Aggregaten zu schaffen. Gleichzeitig kann durch das plattenartige
Aussteifungselement ein sogenanntes Schubfeld erzeugt werden, welches
die Torsionssteifigkeit des Kraftfahrzeuges, insbesondere wenn dies
als Cabriolet ausgebildet ist, deutlich erhöht. Neben diesen
Vorteilen kann das Aussteifungselement auch als Unterfahr- bzw.
Steinschlagschutz für darüber liegende Aggregat,
beispielsweise ein Getriebe oder einen Tank, dienen sowie eine aerodynamisch
günstig wirkende Unterbodenverkleidung bilden, mit welcher
sich der Luftwiderstand und dadurch der Kraftstoffverbrauch des
Kraftfahrzeuges reduzieren lassen. Das erfindungsgemäße
Aussteifungselement erfüllt somit mehrere Funktionen gleichzeitig.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung ist das Aussteifungselement aus Kunststoff, insbesondere
aus faserverstärktem Kunststoff, ausgebildet. Ein derartiger
Faser-Kunststoff-Verbund besteht üblicherweise aus Verstärkungsfasern
sowie der die Verstärkungsfasern umgebenden Kunststoffmatrix.
Die Fasern sind dabei durch Adhäsiv- oder Kohäsivkräfte
an die Matrix gebunden und geben dem Faser-Kunststoff-Verbund – je
nach Orientierung und Ausrichtung der Fasern – eine richtungsabhängige
Festigkeit bzw. Elastizität. Dabei können insbesondere
gerichtete Fasern, beispielsweise Fasermatten oder ungerichtete Fasern
als sogenanntes Faserstreu zu Einsatz kommen, wobei insbesondere
letzteres eine nahezu homogene Steigerung der Festigkeits- bzw.
Elastizitätseigenschaften des Kunststoffs erzeugt. Vom
großem Vorteil ist dabei, das derartige Faser-Kunststoff-Verbünde
hohe Festigkeitseigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht
aufweisen, was sie insbesondere für den Sportwagenbau interessant macht.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung weist das aus faserverstärktem Kunststoff
ausgebildete Aussteifungselement Kohle- und/oder Glasfasern auf.
Kohlefaser sind industriell hergestellte Fasern aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien,
welche durch Pyrolyse in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt
werden. Kohlefasern besitzen eine extrem hohe Zugfestigkeit bei
gleichzeitig geringem Gewicht und ermöglichen so die Herstellung
von Hochleistungswerkstoffen, welche mittels derartige Kohlefasern
bewehrt sind. Auch Glasfasern sind hochfest bei gleichzeitig geringem
Gewicht und eignen sich dadurch ebenfalls für die Herstellung
faserverstärkter Kunststoffe, wobei Glasfasern darüber
hinaus deutlich kostengünstiger herzustellen sind als Kohlefasern.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Lösung ist der Hilfsrahmen direkt mit der Fahrzeugkarosserie
verbunden. Dies erlaubt eine Montage bzw. eine Demontage des Aussteifungselementes
am Hilfsrahmen und an der Fahrzeugkarosserie, ohne dass hierzu der
Hilfsrahmen von der Fahrzeugskarosserie entfernt werden müsste.
Insbesondere bei Wartungsarbeiten, bei welchen es lediglich erforderlich
ist, dass ein durch das Aussteifungselement verdeckter Zugang zu über
dem Aufsteifungselement angeordneten Aggregaten freigelegt, bietet
diese Ausführungsform besondere Vorteile, da das Aussteifungselement
unabhängig vom Hilfsrahmen von der Fahrzeugkarosserie und
vom Hilfsrahmen entfernt werden kann. Je nach Befestigungsanordnung
kann dabei das Aussteifungselement direkt an der Fahrzeugkarosserie
und indirekt über den Hilfsrahmen an der Fahrzeugkarosserie festgelegt
werden, so dass insbesondere bei der letzten Ausführungsform
denkbar ist, dass eine gemeinsame Schraube, welche das Aussteifungselement am
Hilfsrahmen festlegt, gleichzeitig den Hilfsrahmen an der Fahrzeugkarosserie
befestigt. Durch diese Form der Befestigungsanordnung lassen sich
insbesondere die Teilevielfalt und damit auch die Lager- und Logistikkosten
senken.
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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, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch
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1 eine
Ansicht von unten auf einen Teil eines im übrigen nicht
dargestellten Kraftfahrzeuges mit einem Aussteifungselement, welches
an einem erfindungsgemäßen Hilfsrahmen mit separat
ausgeführten Versteifungsstreben angeordnet ist,
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2 ein
Verschraubungskonzept eines Hilfsrahmens und eines Aussteifungselementes
an einer Fahrzeugkarosserie mit separat ausgebildeten Versteifungsstreben,
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3a,
b eine detaillierte Ansicht zu 2,
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4 eine
Ansicht auf einen Teil eines Kraftfahrzeuges von unten mit einem
erfindungsgemäßen Hilfsrahmen und einem Aussteifungselement
mit integrierten Versteifungsstreben,
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5 eine
Darstellung wie in 2, jedoch bei einem Aussteifungselement
mit integrierten Versteifungsstreben,
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6a,
b eine Darstellung wie in 3a und b,
jedoch für ein Aussteifungselement mit integrierten Versteifungsstreben.
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Entsprechend 1 weist
eine Fahrzeugkarosserie 1 eines im übrigen nicht
dargestellten Kraftfahrzeugs einen Hilfsrahmen 2 auf (vgl. 2),
welcher gemäß 1 von einem
von unten auf den Hilfsrahmen 2 aufgesetzten Aussteifungselement 3 verdeckt
ist. Das Aussteifungselement 3 ist vorzugsweise plattenartig
ausgebildet und bildet hierdurch ein schubsteifes Feld. Insbesondere
kann der Hilfsrahmen 2 als Achsträger ausgebildet
sein und im Bereich einer Vorder- bzw. Hinterachse eines Kraftfahrzeuges
angeordnet sein.
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Wie
in den 2 und 5 dargestellt ist, weist der
Hilfsrahmen 2 zwei seitliche und sich im wesentlichen in
Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Längsträger 4 und 4' auf,
welche über einen Querträger 5 miteinander
verbunden sind. Das plattenartige Aussteifungselement 3 überragt
den Hilfsrahmen 2 allseitig, so dass von unten gesehen
der Hilfsrahmen 2 vollständig durch das Aussteifungselement 3 verdeckt
ist. Randseitig kann am Aussteifungselement 3 ein zumindest
teilweise umlaufender und verstärkter, insbesondere aufgebogener
Rand 6 angeordnet sein, welcher das Aussteifungselement 3 zusätzlich versteift.
Eine weitere Möglichkeit der Versteifung ist durch entsprechend
angeordnete Rippen bzw. Sicken 12 gegeben, die aufgrund
ihrer Ausbildung bzw. Anordnung zusätzlich zur Versteifung
des Aussteifungselementes 3 beitragen.
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Befestigt
wird das Aussteifungselement 3 über lösbare
Befestigungselemente, beispielsweise Schrauben 9, welche
sowohl direkt als auch indirekt über den Hilfsrahmen 2 an
der Fahrzeugkarosserie 1 festgelegt sind. Denkbar ist somit,
dass die Befestigungsschrauben 9 für das Aussteifungselement 3 dieses
durchgreifen und direkt in die Fahrzeugkarosserie 1 eingeschraubt
werden oder in den Hilfsrahmen 2. Ebenfalls denkbar ist,
dass eine das Aussteifungselement 3 befestigende Schraube 9 das
Aussteifungselement 3 ebenso wie den Hilfsrahmen 2 durchgreift
und in die Fahrzeugkarosserie 1 eingeschraubt ist, so dass
diese Schraube 9 sowohl das Aussteifungselement 3 als
auch den Hilfsrahmen 2 an der Fahrzeugkarosserie 1 festlegt.
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Das
Aussteifungselement 3 kann beispielsweise aus Leichtmetall,
insbesondere aus Aluminium ausgebildet sein, oder aber aus Kunststoff,
insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff. Beide Ausführungsformen
gewährleisten dabei ein geringes Gewicht des Aussteifungselementes 3,
was insbesondere im Sportwagenbau von großem Vorteil ist.
Bei der Variante mit faserverstärktem Kunststoff können insbesondere Glasfasern
oder Kohlenfasern zum Einsatz gelangen, welche dem Aussteifungselement 3 eine
hohe Steifigkeit bei ebenfalls gleichzeitig geringem Gewicht verleihen.
Im Unterschied zu herkömmlichen, trägerartigen
Aussteifungselementen, besticht das erfindungsgemäße
Aussteifungselement 3 durch seine geringe Bauhöhe,
wodurch es möglich ist, eine Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeuges
zur Verbesserung des Schwerpunkts tiefer anzuordnen, als dies bei
träger- oder rohrförmigen Aussteifungselementen
der Fall wäre.
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Betrachtet
man die 3a und 3b, so fällt
auf, dass in einem in Fahrtrichtung gesehen hinteren Bereich des
Aussteifungselementes 3 zwei schräg zu den Längsträgern 4 und 4' angeordnete Versteifungsstreben 7 und 7' vorgesehen
sind, welche gemäß den 3a und 3b als
separate, vorzugsweise aus Stahl ausgebildete Versteifungsstreben 7 und 7' ausgebildet
und auf dem Aussteifungselement 3 montiert sind. Die Versteifungsstreben 7 und 7' verlaufen
dabei V-förmig und können in einem hinteren Bereich
entweder über einen Kopplungsquerträger 8 oder
direkt mit ihren, den Längsträgern 4 und 4' abgewandten
Strebenenden miteinander verbunden sein. Mit ihren, dem jeweiligen
Längsträger 4 und 4' zugewandten
Strebenende sind die beiden Versteifungsstreben 7 und 7' mit
dem zugehörigen Längsträger 4 und 4' des
Hilfsrahmens 2 verbunden, wodurch sich eine zusätzliche
Aussteifung des aus Hilfsrahmen 2, Aussteifungselement 3 und Versteifungsstreben 7, 7' bestehende
Komplexes ergibt.
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Im
Folgenden soll die Anbindung des Aussteifungselementes 3 an
die Fahrzeugkarosserie 1 näher erläutert
werden.
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Betrachtet
man 3a, so ist der Hilfsrahmen 2 in den Befestigungspunkten
A mit einer Schraube 9 direkt an der Fahrzeugkarosserie 1 festlegt,
wobei die Schraube 9 das Aussteifungselement 3 ohne
dieses am Hilfsrahmen 2 oder an der Fahrzeugkarosserie 1 zu
befestigen durchdringt. In den Befestigungspunkten B durchdringt
die Schraube 9 ebenfalls das Aussteifungselement 3 und
den Hilfsrahmen 2, legt jedoch beide an der Fahrzeugkarosserie 1 fest.
Die Aussparung für die Schraube 9 im Aussteifungselement 3 ist
dabei zusätzlich von einem Entkopplungselement 10 eingefasst,
welches insbesondere eine Schwingungsentkopplung zwischen dem Aussteifungselement 3 und
dem Hilfsrahmen 2 bewirken soll. Gemäß 3b wird
ersichtlich, dass die Schraube 9 im Befestigungspunkt C
das Aussteifungselement 3 direkt an der Fahrzeugkarosserie 1 festlegt,
während sie im Befestigungspunkt D das Aussteifungselement 3 direkt
am Hilfsrahmen 2 festlegt. In den Befestigungspunkten E
wird das Aussteifungselement 3 über die Versteifungsstrebe 7, 7' am
Hilfsrahmen 2 festgelegt, während eine Befestigung
des Aussteifungselementes 3 in den Befestigungspunkten
F über die Versteifungsstreben 7, 7' direkt
der Fahrzeugkarosserie 1 erfolgt.
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Um
das gemäß den 3a und 3b dargestellte
Befestigungskonzept anschaulich verdeutlichen zu können,
sind die entsprechenden Befestigungspunkte A bis F ebenfalls in
der 2 eingezeichnet.
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Wie
generell den 1 bis 6 zu
entnehmen ist, weist das Aussteifungselement 3 mehrere
aerodynamisch geformte Lufteinlässe 11 auf, welche
insbesondere als sogenannte NACA-Lufteinlässe 11 ausgebildet
sind. Hierdurch soll insbesondere eine gezielte Kühlluftführung
für oberhalb des Aussteifungselementes 3 angeordnete
und kühlbedürftige Aggregate erreicht werden.
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Entsprechend
den 4 bis 6 sind wiederum
Aussteifungselemente 3 gezeigt, welche im wesentlichen
denjenigen entsprechen, die gemäß den 1 bis 3 dargestellt sind. Unterschiedlich ist
jedoch, dass das bei den in den 4 bis 6 dargestellten Aussteifungselementen 3 die
zwei schräg zu den Längsträgern 4 und 4' angeordnete
Versteifungsstreben 7 und 7' einen integralen
Bestandteil des Aussteifungselementen 3 bilden. Hierdurch
entfällt ein Montieren von separat ausgebildeten Versteifungsstreben 7 und 7',
wodurch der Montageaufwand nochmals reduziert werden kann.
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Unterschiedlich
zwischen den 6b und 3b ist,
dass die gemäß 6b in
das Aussteifungselement 3 integrierten Versteifungsstreben 7, 7' nun
nicht mehr separat befestigt werden müssen, sondern als
integraler Bestandteil des Aussteifungselementes 3 zusammen
mit diesem am Hilfsrahmen 2 bzw. an der Fahrzeugkarosserie 1 befestigt
werden. Demgemäß unterscheidet sich die Befestigungsanordnung
in den Befestigungspunkten E' gemäß der 6 dadurch, dass die aus der Versteifungsstrebe 7 und
Aussteifungselement 3 bestehende Einheit direkt am Hilfsrahmen 2 mittels
der Schraube 9 festgelegt ist. Gleiches gilt für
die Befestigungspunkte F' gemäß der 6b,
bei welchen die als Einheit ausgebildete Versteifungsstrebe 7 und das
Aussteifungselement 3 zusammen an der Fahrzeugkarosserie 1 festgelegt
sind. Ist die Versteifungsstrebe 7, 7' integraler
Bestandteil des Aussteifungselementes 3, so ist letzteres
in diesem Bereich entsprechend dicker ausgebildet, um die zusätzlichen
Aussteifungsaufgaben erfüllen zu können.
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Zur
Verdeutlichung der gemäß den 6a und 6b dargestellten
Befestigungspunkte A, B, C, D, E' und F' sind diese zusätzlich
noch mal in 5 eingezeichnet.
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Der
wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Aussteifungselementes 3 besteht
in dessen Anordnung von unten am Hilfsrahmen 2, so dass
zu einer Wartung von oberhalb des Aussteifungselementes 3 gelegenen
Aggregaten lediglich dieses entfernt werden muss und nicht zusätzlich
noch der Hilfsrahmen 2. Gleichzeitig bietet das erfindungsgemäße Aussteifungselement 3 einen
wirksamen Unterfahr- bzw. Steinschlagschutz für die darüber
angeordneten Aggregate und verbessert zudem die aerodynamischen
Eigenschaften des Kraftfahrzeuges. Im Unterschied zu aus dem Stand
der Technik bekannten Aussteifungselementen bzw. Hilfsrahmen leistet
das erfindungsgemäße Aussteifungselement 3 jedoch keinen
oder nur einen geringen Beitrag zur Verhinderung einer Parallelogrammverschiebung
der beiden Längsträger 4 und 4',
da das erfindungsgemäße Aussteifungselement 3 nicht
zwischen den beiden Längsträgern 4 und 4' angeordnet
ist, sondern lediglich von unten auf diese aufgesetzt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0941912
B1 [0002, 0007]
- - EP 0760327 B1 [0003]
- - DE 4244217 A1 [0004]