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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhöhung der Steifigkeit, insbesondere Torsions- und Biegesteifigkeit, der Karosserie eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung. Gemäß Anspruch 10 der Erfindung betrifft dieselbe ferner ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Anordnung.
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Aus der Praxis des Fahrzeugbaus ist es seit geraumer Zeit bekannt, die Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs zur Erhöhung der Steifigkeit, insbesondere Torsions- und Biegesteifigkeit derselben mittels Verstärkungsstreben zu versteifen. So beschreibt die
DE 100 40 673 A1 eine Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs, bei der zwischen Längs- und/oder Querträgern der Bodenstruktur eine oder mehrere höherfeste, jedoch flexible und sich gegebenenfalls ein- oder mehrmals kreuzende Versteifungsstreben, hier als Versteifungselemente bezeichnet, gespannt sind. Aus der
DE 10 2004 026 299 A1 ist eine Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs mit einem Mitteltunnel bekannt, welcher durch mehrere Verstärkungsstreben in Form von Zug- oder Zug- und Druckstreben überbrückt ist, die ihrerseits fest mit dem Mitteltunnel verbunden sind. Die
DE 10 2011 112 180 A1 beschreibt eine Verstärkungsstruktur für eine Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs, welche Verstärkungsstruktur wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung nebeneinander angeordnete, jeweils zwei über Kreuz verlaufende Verstärkungsstreben aufweisende Strebenpaare umfasst, deren Verstärkungsstreben beidenends an einem Strukturbauteil der Bodenstruktur festgelegt sind. Die
FR 2 905 341 A1 beschreibt eine Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs mit ebenfalls zwei über Kreuz verlaufenden Verstärkungsstreben. Die Verstärkungsstreben verbinden vordere Längsträger mit einem Verstärkungsrahmen, der seinerseits im Bereich einer Mulde im Bodenblech für ein Ersatzrad angeordneten ist. Die
US 2009/0001767 A1 beschreibt eine Fahrzeugkarosserieheckstruktur mit zwei in Fahrzeugquerrichtung gesehen am Unterboden gegenüberliegend angeordneten Streben, die jeweils ausgehend von einem Seitenlängsträger der Karosserie diagonal in Richtung Fahrzeugheck verlaufen und etwa fahrzeugmittig benachbart zueinander an einem hinteren Bodenquerträger enden. Die beiden Streben bilden ein sogenanntes Tankuntergestell aus. An den Bodenquerträger schließen sich fahrzeugheckseitig zwei weitestgehend in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Längsträger an, die den besagten Bodenquerträger mit einer Traverse verbinden. Die
DE 103 23 724 A1 beschreibt eine Kraftfahrzeugkarosserie mit sogenannten Dämpfungsstreben, die in Fahrzeugquerrichtung gesehen paarweise angeordnet sind sowie ausgehend von einem Seitenlängsträger der Karosserie diagonal in Richtung Fahrzeugheck oder Fahrzeugfront verlaufen und etwa fahrzeugmittig benachbart zueinander an einem Unterboden bzw. einem Querträger enden. Die stabförmigen Dämpfungsstreben bestehen jeweils aus zwei Strebenteilen, die mittels einer Zwischenschicht aus einem viskosen, elastisch verformbaren Material miteinander verbunden sind. Die
EP 2 062 803 A1 beschreibt einen Hinterachsquerträger, von dem V-förmig nach vorne zwei Diagonalstreben abgehen, die mit ihrem jeweils vorderen Ende an einem Fahrzeuglängsträger angebunden sind. In Fahrtrichtung gesehen hinter dem Hinterachsquerträger ist eine ringartig geschlossene Aussteifungsstruktur vorgesehen, die mit ihrem vorderen Ende an den Hinterachsquerträger und mit ihrem hinteren Ende über V-förmig nach hinten abgehende Streben an hinteren Fahrzeuglängsträgern abgestützt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine im Hinblick auf den Stand der Technik alternative oder eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Steifigkeit, insbesondere Torsions- und Biegesteifigkeit, der Karosserie eines Kraftfahrzeugs zu schaffen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein derart versteiftes Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Ausgehend von einer Anordnung zur Erhöhung der Steifigkeit, insbesondere Torsions- und Biegesteifigkeit, der Karosserie eines Kraftfahrzeugs, mit einem an einer Bodenstruktur der Karosserie akustisch entkoppelt befestigten Hilfsrahmen, insbesondere Fahrwerks-Hilfsrahmen des Kraftfahrzeugs, wobei zumindest eine den Anordnungsbereich des Hilfsrahmens an der Bodenstruktur schneidende und außerhalb des besagten Anordnungsbereiches des Hilfsrahmens beidenends an der Bodenstruktur befestigte langgestreckte Verstärkungsstrebe vorgesehen ist, in welche Verstärkungsstrebe durch Zweiteilung derselben der Hilfsrahmen als kraftübertragendes Element eingebunden ist, wobei das durch Zweiteilung gebildete erste und zweite Verstärkungsstreben-Teil der zumindest einen Verstärkungsstrebe jeweils eine karosserieseitige Befestigungsstelle sowie eine hilfsrahmenseitige Befestigungsstelle aufweist, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass in der Verlängerung des ersten Verstärkungsstreben-Teils der zumindest einen Verstärkungsstrebe wenigstens die hilfsrahmenseitige Befestigungsstelle des zweiten Verstärkungsstreben-Teils angeordnet ist.
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Durch diese Maßnahme ist vorteilhaft ein akustisch entkoppelter Hilfsrahmen in ein Strebenkonzept zur Erhöhung der Karosseriesteifigkeit eines Kraftfahrzeugs eingebunden. Dabei wird unter einem akustisch entkoppelten Hilfsrahmen, insbesondere ein Fahrwerks-Hilfsrahmen des Kraftfahrzeugs verstanden, der über Gummi-Metall-Lager an der Kraftfahrzeugkarosserie bzw. deren Bodenstruktur befestigt ist. Vorstehende erfindungsgemäße Maßnahme kann sowohl in Alleinstellung als auch in Kombination mit anderen, beispielsweise den im Stand der Technik beschriebenen Maßnahmen zur Karosserieversteifung Verwendung finden.
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Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
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Danach sind bevorzugt zwei Verstärkungsstreben vorgesehen, welche diagonal zur Bodenstruktur verlaufend, den Anordnungsbereich des Hilfsrahmens an der Bodenstruktur schneiden. Hierdurch ist die Bodenstruktur und demgemäß auch die Karosserie des Kraftfahrzeugs besonders effektiv ausgesteift. Weiter bevorzugt sind dabei die beiden Verstärkungsstreben im Hinblick auf eine Mittenlängsachse des Kraftfahrzeugs spiegelbildlich zueinander angeordnet. Um die auf die Bodenstruktur der Karosserie wirkenden Kräfte noch besser aufnehmen zu können, sind die durch Zweiteilung gebildeten Verstärkungsstreben-Teile einer jeden Verstärkungsstrebe bevorzugt koaxial oder weitestgehend koaxial zueinander angeordnet. Wie die Erfindung weiter vorsieht, können die beiden Verstärkungsstreben über Kreuz verlaufend an der Bodenstruktur befestigt sein, wobei sich dann die beiden Verstärkungsstreben bevorzugt außerhalb des Anordnungsbereiches des Hilfsrahmens kreuzen. In Weiterbildung der Erfindung ist es des Weiteren vorgesehen, dass ein oder mehrere der gebildeten Verstärkungsstreben-Teile der Verstärkungsstreben parallel zu einer imaginären x-y-Ebene des Kraftfahrzeugs oder um einen Neigungswinkel „α“ in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) gesehen geneigt zur besagten x-y-Ebene angeordnet sind. In Versuchen zum Anmeldungsgegenstand wurde gefunden, dass der Neigungswinkel „α“ möglichst klein gehalten werden, zumindest jedoch nicht mehr als 10° betragen sollte, um eine maximale versteifende Wirkung der Verstärkungsstreben zu gewährleisten. Um die akustische Entkopplung des Hilfsrahmens von der Bodenstruktur der Fahrzeugkarosserie zu gewährleisten, sind die Verstärkungsstreben zumindest in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) elastisch oder in Grenzen elastisch verformbar ausgebildet. Als zweckmäßig haben sich insoweit Verstärkungsstreben in Form von Zug- oder Zug- und Druckstreben erwiesen, die durch langgestreckte Flachprofile oder langgestreckte offene oder geschlossenen Profile, beispielsweise U- oder Kasten- Profile, derart gebildet sind, dass dieselben in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) elastisch oder in Grenzen elastisch jedoch in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) steif oder weitestgehend steif ausgebildet sind, wodurch ein Strebenkonzept für sportliche Ansprüche geschaffen ist. Die Verformbarkeit der Verstärkungsstreben ist insbesondere durch die Wahl des Materials und/oder der Materialstärke und/oder durch die Dimensionierung des Querschnitts der Verstärkungsstreben in weiten Grenzen einstellbar. Die Verstärkungsstreben können aus Metall, wie Stahl oder Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium, aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, wie einem glas- oder karbonfaserverstärkten Kunststoff, oder jeglichem anderen geeigneten Verbundwerkstoff bestehen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer Anordnung der vorbeschriebenen Art.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung soll die übliche Fahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs mit „-x“ („minus x“), die Richtung entgegen seiner üblichen Fahrtrichtung mit „+x“ („plus x“), ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach rechts gesehen mit „+y“, ausgehend von der üblichen Fahrtrichtung (-x) die Richtung in der Horizontalen quer zur x-Richtung nach links gesehen mit „-y“, die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach oben gesehen mit „+z“, und die Richtung in der Vertikalen quer zur x-Richtung nach unten gesehen mit „-z“ bezeichnet werden. Diese Bezeichnungsweise der Raumrichtungen in kartesischen Koordinaten entspricht dem in der Kraftfahrzeugindustrie allgemein verwendeten Koordinatensystem. Überdies werden Begriffe wie „vorne“, „hinten“, „oben“ „unten“ sowie Begriffe mit ähnlichem Bedeutungsinhalt einschließlich der Begriffe „rechts“ und „links“ in der Weise verwendet, wie sie zur Richtungsbezeichnung an einem Kraftfahrzeug üblicherweise gebraucht werden. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Teilansicht der Rohbau-Karosserie eines Kraftfahrzeugs samt Bodenstruktur mit der erfindungsgemäßen Anordnung,
- 2 eine schematische Unteransicht der Rohbau-Karosserie nach 1, und
- 3 eine schematische Seitenansicht der Rohbau-Karosserie nach 1.
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Die 1 bis 4 zeigen schematisch den Heckbereich der Rohbau-Karosserie 1 eines Kraftfahrzeugs 2 mit einer an der Bodenstruktur 3 der Karosserie 1 befestigten Fahrwerks-Hilfsrahmen 4 für eine vorliegend angetriebene Hinterachse 5 des Kraftfahrzeugs 2. Der Hilfsrahmen 4 ist.als sogenannter akustisch entkoppelter Hilfsrahmen 4 ausgebildet, worunter ein Hilfsrahmen 4 verstanden wird, der über Lagerstellen 6 an der Bodenstruktur 3 befestigt ist, die durch Gummi-Metall-Lager gebildet sind.
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Zur Erhöhung der Steifigkeit, insbesondere Torsions- und Biegesteifigkeit, der Karosserie 1 des Kraftfahrzeugs 2 sind zwei Verstärkungsstreben 7, 8 vorgesehen, welche gemäß 2 diagonal zur Bodenstruktur 3 verlaufen und den Anordnungsbereich des Hilfsrahmens 4 an der Bodenstruktur 3 schneiden. Gemäß den 1 und 2 sind die Verstärkungsstreben 7, 8 beispielgebend einenends, d. h. frontseitig sowie in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) gesehen beabstandet zum Hilfsrahmen 4 im Bereich von Schwellern 9 an denselben zugeordneten Seitenlängsträgern 10 und anderenends, d. h. heckseitig und ebenfalls beabstandet zum Hilfsrahmen 4 im Bereich eines Bodenbleches 11 der Bodenstruktur 3 am Bodenblech 11 und/oder bevorzugt an einem nicht zeichnerisch dargestellten hinteren Querträger der Karosserie 1 befestigt. Überdies sind die Verstärkungsstreben 7, 8 wie in 2 gezeigt bevorzugt spiegelbildlich zu einer Mittenlängsachse 12 des Kraftfahrzeugs 2 ausgebildet und angeordnet. Die Verstärkungsstreben 7, 8 kreuzen sich außerhalb des Anordnungsbereiches des Hilfsrahmens 4 und zwar vorliegend heckseitig desselben unterhalb des Bodenbleches 11.
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Die Verstärkungsstreben 7, 8 sind zweiteilig ausgebildet, wobei der Hilfsrahmen 4 als kraftübertragendes Element in die Verstärkungsstreben 7, 8 eingebunden ist. Es sind somit je Verstärkungsstrebe 7, 8 ein vorderes, erstes und ein hinteres, zweites Verstärkungsstreben-Teil 7a, 7b; 8a, 8b sowie zumindest vier Befestigungsstellen 13a-d, 14a-d vorgesehen. Die ersten Verstärkungsstreben-Teile 7a, 8a sind mittels je einer ersten Befestigungsstelle 13a, 14ä an den besagten Seitenlängsträgern 10 sowie schräg nach Fahrzeug-innen geführt mittels einer zweiten Befestigungsstelle 13b, 14b am Hilfsrahmen 4 befestigt. In der heckseitigen Verlängerung der ersten Verstärkungsstreben-Teile 7a, 8a respektive koaxial zu denselben schließt sich beabstandet zur zweiten Befestigungsstelle 13b, 14b die dritte Befestigungsstelle 13c, 14c am Hilfsrahmen 4 zur Befestigung des vorderen freien Endes des jeweiligen zweiten Verstärkungsstreben-Teils 7b, 8b an. Wie der 2 weiter zu entnehmen ist, sind die zweiten Verstärkungsstreben-Teile 7b, 8b in ihrer Gesamtheit ebenfalls koaxial zum jeweils zugeordneten ersten Verstärkungsstreben-Teil 7a, 8a ausgerichtet und mittels der jeweiligen vierten Befestigungsstelle 13d, 14d am Bodenblech 11 und/oder dem besagten hinteren Querträger befestigt.
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Wie insbesondere der 3 zu entnehmen ist, sind vorliegend die ersten respektive vorderen Verstärkungsstreben-Teile 7a, 8a parallel zu einer nicht zeichnerisch dargestellten imaginären x-y-Ebene des Kraftfahrzeugs 2, d.h. horizontal, zumindest jedoch weitestgehend horizontal angeordnet. Die zweiten respektive hinteren Verstärkungsstreben-Teile 7b, 8b verlaufen demgegenüber ausgehend vom Hilfsrahmen 4 in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) gesehen um einen Neigungswinkel „α“ geneigt zur besagten x-y-Ebene und zwar schräg nach hintenoben zum Bodenblech 11 hin. Wie bereits oben ausgeführt, hat es sich aus Versuchen ergeben, dass der Neigungswinkel „α“ möglichst klein gehalten werden sollte. Bevorzugt sollte dieser nicht mehr als 10° betragen, um eine maximale versteifende Wirkung der Verstärkungsstreben 7, 8 zu erzielen.
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Um die akustische Entkopplung des Hilfsrahmens 4 von der Bodenstruktur 3 der Karosserie 1 zu gewährleisten, sind die Verstärkungsstreben 7, 8 bzw. deren Verstärkungsstreben-Teile 7a, 7b; 8a, 8b zumindest in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) elastisch oder in Grenzen elastisch verformbar ausgebildet. Als zweckmäßig haben sich insoweit Verstärkungsstreben 7, 8 bzw. Verstärkungsstreben-Teile 7a, 7b; 8a, 8b in Form von Zug- oder Zug- und Druckstreben erwiesen, die durch langgestreckte Flachprofile oder langgestreckte offene oder geschlossene Profile, beispielsweise U- oder Kasten- Profile, derart gebildet sind, dass dieselben in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) elastisch oder in Grenzen elastisch jedoch in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) steif oder weitestgehend steif ausgebildet sind, wodurch ein Strebenkonzept für sportliche Ansprüche geschaffen ist (nicht zeichnerisch dargestellt). Die Verformbarkeit der Verstärkungsstreben 7, 8 bzw. deren Verstärkungsstreben-Teile 7a, 7b; 8a, 8b ist insbesondere durch die Wahl des Materials und/oder der Materialstärke und/oder durch die Dimensionierung des Querschnitts der Verstärkungsstreben 7, 8 bzw. Verstärkungsstreben-Teile 7a, 7b; 8a, 8b in weiten Grenzen einstellbar. Die Verstärkungsstreben 7, 8 bzw. Verstärkungsstreben-Teile 7a, 7b; 8a, 8b können aus Metall, wie Stahl oder Leichtmetall, beispielsweise Aluminium, aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, wie einem glas- oder karbonfaserverstärkten Kunststoff, oder aus einem geeigneten Verbundwerkstoff bestehen.
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Wie insbesondere der 3 noch zu entnehmen ist, sind die hilfsrahmenseitigen zweiten und dritten Befestigungsstellen 13b, 13c; 14b; 14c auf Seiten des Fahrplanums des Kraftfahrzeugs 2 am Hilfsrahmen 4 angeordnet. Um den vorstehend beschriebenen Neigungswinkel „α“ zu minimieren kann es auch angezeigt sein und ist demgemäß durch die Erfindung mit erfasst, die hilfsrahmenseitigen zweiten und dritten Befestigungsstellen 13b, 13c; 14b; 14c bodenstrukturseitig am Hilfsrahmen 4 anzuordnen, sofern der aktuell zu verzeichnende Bauraum dies zulässt (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Vorstehendes Ausführungsbeispiel stellt auf einen akustisch entkoppelten Fahrwerks-Hilfsrahmen 4 für eine vorliegend angetriebene Hinterachse 5 des Kraftfahrzeugs 2 ab. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf einen derartigen Hilfsrahmen 4, sondern erfasst auch jedweden anderen akustisch entkoppelten Hilfsrahmen 4 an einem Kraftfahrzeug 2. So kann beispielsweise auch ein entkoppelter Hilfsrahmen 4 für die Vorderräder des Kraftfahrzeugs 2 erfindungsgemäß in eine oder mehrere zweigeteilte Verstärkungsstreben 7, 8 als kraftübertragendes Element eingebunden sein (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Überdies ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beispielgebend beschriebene Anordnung der Verstärkungsstreben 7, 8 bzw. deren Verstärkungsstreben-Teile 7a, 7b; 8a, 8b beschränkt. So können beispielsweise auch die ersten Befestigungsstellen 13a, 14a in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) gesehen statt fahrzeugaußenseitig nunmehr demgegenüber fahrzeuginnenseitig an der Bodenstruktur 3 und die zweiten Befestigungsstellen 13b, 14b statt fahrzeuginnenseitig nunmehr demgegenüber fahrzeugaußenseitig am Hilfsrahmen 4 angeordnet sein mit der Folge, dass sich auch die Anordnung der dritten und vierten Befestigungsstellen 13c, 14c; 13d, 14d entsprechend umkehrt (nicht zeichnerisch dargestellt). Ferner kann sich in Abhängigkeit der Belastung im System auch die Örtlichkeit der Kreuzung der Verstärkungsstreben 7, 8 ändern oder es kann eine derartige Kreuzung ganz entfallen (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Schließlich können auch mehr als zwei zweigeteilte Verstärkungsstreben 7, 8 vorgesehen werden, indem beispielsweise zwei sich gegebenenfalls kreuzende Verstärkungsstreben-Paare vorgesehen sind, in denen der Hilfsrahmen 4 als kraftübertragendes Element eingebunden ist, wobei die besagten Verstärkungsstreben-Paare in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) gesehen nebeneinander angeordnet sind (nicht zeichnerisch dargestellt).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Karosserie
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Bodenstruktur
- 4
- Hilfsrahmen
- 5
- Hinterachse
- 6
- Lagerstellen
- 7
- Verstärkungsstrebe
- 7a
- erstes Verstärkungsstreben-Teil
- 7b
- zweites Verstärkungsstreben-Teil
- 8
- Verstärkungsstrebe
- 8a
- erstes Verstärkungsstreben-Teil
- 8b
- zweites Verstärkungsstreben-Teil
- 9
- Schweller
- 10
- Seitenlängsträger
- 11
- Bodenblech
- 12
- Mittenlängsachse (Kraftfahrzeug 2)
- 13a
- erste Befestigungsstelle (Verstärkungsstrebe 7)
- 13b
- zweite Befestigungsstelle (Verstärkungsstrebe 7)
- 13c
- dritte Befestigungsstelle (Verstärkungsstrebe 7)
- 13d
- vierte Befestigungsstelle (Verstärkungsstrebe 7)
- 14a
- erste Befestigungsstelle (Verstärkungsstrebe 8)
- 14b
- zweite Befestigungsstelle (Verstärkungsstrebe 8)
- 14c
- dritte Befestigungsstelle (Verstärkungsstrebe 8)
- 14d
- vierte Befestigungsstelle (Verstärkungsstrebe 8)
