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Die Erfindung betrifft eine Achsträgeranordnung an einem Fahrzeug, insbesondere an einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Achsträger, auch Hilfsrahmen oder Fahrschemel genannt, sind allgemein bekannt und bestehen regelmäßig aus zwei, im montierten Zustand des Achsträgers im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten Längsträgern, die miteinander über wenigstens einen, im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten Querträger miteinander verbunden sind. In der Regel weist ein derartiger Achsträger zwei die Längsträger verbindende Querträger auf, die in Fahrzeuglängsrichtung bzw. Fahrtrichtung gesehen voneinander beabstandet sind. In der Regel erfolgt zudem eine Getriebeaufhängung an dem Querträger, wobei an jedem Querträger mindestens eine Lagerstelle vorgesehen ist. Derartige Querträger können mit ihren oberseitigen Querträgerbereichen einen Spaltabstand als Freigang zu davon beabstandet, zum Beispiel oberhalb angeordneten Bauteilen bzw. Karosserieteilen aufweisen, die hier allgemein als fahrzeugseitige Anschlagstruktur bezeichnet werden. Bedingt durch die Anordnung der Getriebelager an den Querträgern, kommt es im Fahrzeugbetrieb, insbesondere beim Anfahren, zu Belastungen in Hochrichtung, wobei die Querträgerauslegung unterhalb der Materialplastifizierungsgrenze erfolgt. Die hierbei auftretenden Kräfte müssen allesamt über den Querträger abgestützt werden, wobei es insbesondere bei offenen, das heißt zum Beispiel mit einem U-förmigen Querschnitt ausgebildeten Querträgern zu erheblichen Belastungen im Querträger kommen kann, die für diesen wandstärkebestimmend sind. Derartige Querträger sind somit regelmäßig mit einer relativ großen Wandstärke ausgebildet und damit insgesamt wenig gewichtsgünstig gebaut.
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Das Gleiche gilt analog an Krafteinleitungsstellen des oder der Längsträger. Derartige, nachfolgend stets als Konsolen bezeichnete Krafteinleitungsstellen können zum Beispiel Lenkerkonsolen sein, die bei einer entsprechenden Kraftbeaufschlagung in Fahrzeugquerrichtung an entsprechend zugeordneten fahrzeugseitigen Anschlagstrukturen unter Überbrückung eines Spaltabstandes zur Anlage kommen. Auch in diesen Bereichen wirkt somit die solchermaßen auftretende Belastungsspitze als wandstärkebestimmend.
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Wie die zuvor gemachten Ausführungen zeigen, erfordert die Auslegung eines Achsträgers daher einen erheblichen Materialaufwand, der zu insgesamt sehr schweren und damit das Fahrzeuggewicht erhöhenden Achsträgeranordnungen führt.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Achsträgeranordnung an einem Fahrzeug, insbesondere an einem Kraftfahrzeug, zur Verfügung zu stellen, mittels der Kraftspitzen zuverlässig, ohne plastische Deformation des Achsträgers aufgefangen werden können und der trotzdem einfach und gewichtsgünstig mit relativ geringer Bauteilwandstärke ausgebildet ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu sind Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
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Gemäß Anspruch 1 wird eine Achsträgeranordnung an einem Fahrzeug, insbesondere an einem Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, der zwei Längsträger und wenigstens einen die beiden Längsträger miteinander verbindenden Querträger aufweist. Wenigstens einer der Träger weist im Montage- bzw. Grundzustand des Fahrzeugs mit einem definierten Träger-Anschlagbereich einen Spaltabstand als Freigang zu einer dem Träger-Anschlagbereich zugeordneten fahrzeugseitigen Anschlagstruktur, die insbesondere durch eine Karosseriestruktur gebildet ist, auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Träger im Träger-Anschlagbereich mit wenigstens einem Anschlag- und Versteifungselement versehen ist, das den Träger-Anschlagbereich versteift und das so ausgebildet bzw. angeordnet ist, dass es bei einer aufeinander zu gerichteten Relativbewegung zwischen dem Querträger und der Anschlagstruktur zur abstützenden Anlage an die Anschlagstruktur kommt.
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Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Achsträgeranordnung werden somit gezielte, versteifende Stützstellen in den besonders anschlagbelasteten Bereichen eines Trägers, insbesondere eines Querträgers, eines Achsträgers zur Verfügung gestellt, die ein Plastifizieren bzw. Verformen des Trägers in diesem hochbelasteten Bereich bei auftretenden Kraftspitzen durch die zuvor beschriebene Anschlagsituation zuverlässig vermeidet, wobei der restliche Träger zudem mit einer deutlich reduzierten Bauteilwandstärke ausgebildet werden kann, wodurch der Achsträger insgesamt gewichtsgünstiger hergestellt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders vorteilhaft bei einem Aufbau, bei dem der wenigstens eine mit wenigstens einem Anschlag- und Versteifungselement versehene Träger als offener, insbesondere als einen U-förmigen Querschnitt aufweisender Träger ausgebildet ist, da dieser regelmäßig insgesamt weniger steif ausgebildet ist, als ein geschlossenprofiliger Träger. Je nach den auftretenden Belastungen und Einsatzfällen eignet sich jedoch die erfindungsgemäße Lösung auch für Träger mit geschlossenen Querschnitten.
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Besonders bevorzugt ist weiter eine Ausgestaltung, bei der das wenigstens eine Anschlag- und Versteifungselement aus einem gegenüber einem Elastomermaterial starren Material hergestellt ist, das durch ein separates, mit dem Träger stoff- und/oder kraft- und/oder formschlüssig verbundenes Bauteil gebildet ist oder das alternativ als materialeinheitlich und/oder einstückig mit dem Träger verbundenes Bauteil ausgebildet ist. Ein derartiges, aus einem starren Material hergestelltes Anschlag- und Versteifungselement ermöglicht mit relativ geringem Material- und/oder Bauteilaufwand eine sehr gute lokale Versteifung des jeweiligen Trägerbereiches. Beispielsweise kann ein derartiges starres Anschlag- und Versteifungselement aus dem Träger bei dessen Herstellung ausgeformt werden. Für eine besonders vorteilhafte Kraftableitung bzw. Krafteinleitung in den Trägerbereich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass das starre Anschlag- und Versteifungselement stiftartig ausgebildet ist und an seiner der Anschlagstruktur zugewandten Oberseite abgeflacht ist oder kugelförmig abgerundet ist.
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Gemäß einer alternativen oder aber auch zusätzlich verwendbaren Ausführungsform, die nachfolgend noch näher beschrieben wird, ist weiter vorgesehen, dass das wenigstens eine Anschlag- und Versteifungselement als elastisches Anschlag- und Versteifungselement ausgebildet ist und wenigstens bereichsweise aus einem elastisch verformbaren Material hergestellt ist, das mit dem Träger mittelbar oder unmittelbar verbunden ist. Ein derartiges elastisches Anschlag- und Versteifungselement ermöglicht eine besonders vorteilhafte Abfederung und Dämpfung eines Anschlags, wobei über die Materialwahl des Elastomers die Verformungs- bzw. Dämpfungsrate einfach und zuverlässig vorgegeben bzw. eingestellt werden kann.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass das elastische Anschlag- und Versteifungselement durch einen Elastomerkörper gebildet ist oder einen solchen aufweist, wobei der Elastomerkörper mit dem Träger-Anschlagbereich verbunden ist. Dies kann grundsätzlich auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der der Elastomerkörper am Träger-Anschlagbereich auf einen, den Träger-Anschlagbereich versteifenden, erhabenen, aus einem starren Material hergestellten und/oder aus dem Träger ausgeformten Stützsteg aufgebracht ist, zum Beispiel dort aufgesteckt ist. Mit einer derartigen Ausgestaltung ist sichergestellt, dass die Stützstelle durch den Stützsteg aus einem starren Material zuverlässig versteift ist und dieser Stützsteg gleichzeitig als Basis bzw. Plattform für die Aufbringung des Elastomerkörpers dient. Der Elastomerkörper kann mit dem zugeordneten Träger-Anschlagbereich fest verbunden sein, zum Beispiel durch eine stoffschlüssige Verbindung. Zusätzlich dazu, insbesondere in Verbindung mit dem zuvor näher erläuterten Stützsteg kann aber auch vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper auf den Stützsteg formschlüssig aufgesteckt ist und dort zudem auch noch stoffschlüssig gehalten ist.
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Wie die zuvor gemachten Ausführungen zeigen, ist der Elastomerkörper hier somit in seiner bevorzugten Ausgestaltung der fahrzeugseitigen Anschlussstruktur zugewandt. Besonders vorteilhafte Abstützungs- und Dämpfungsergebnisse haben sich dann ergeben, wenn das elastische Anschlag- und Versteifungselement eine insgesamt längliche, stabartige Form aufweist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten konkreten erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mehrere voneinander beabstandete und/oder unterschiedlich ausgebildete Anschlag- und Versteifungselemente im Träger-Anschlagbereich angeordnet sind, wobei dem wenigstens einen elastischen Anschlag- und Versteifungselement wenigstens ein starres Anschlag- und Versteifungselement zugeordnet ist, das aus einem starren Material hergestellt ist. Insbesondere eine derartige Kombination aus starren Anschlag- und Versteifungselement sowie elastischem Anschlag- und Versteifungselement ermöglicht eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, bei der vorgesehen ist, dass das elastische Anschlag- und Versteifungselement das starre Anschlag- und Versteifungselement in Wirkrichtung überragt, und zwar dergestalt, dass das elastische Anschlag- und Versteifungselement vor dem starren Anschlag- und Versteifungselement zur Anlage an der fahrzeugseitigen Anschlagstruktur kommt. Dies bedeutet, dass das starre Anschlag- und Versteifungselement erst nach Überschreiten eines definierten, vorgebbaren Kompressionsweges des elastischen. Anschlag- und Versteifungselementes in Kontakt mit der Anschlagstruktur kommt. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte, stufenweise und in gewünschtem Maße gedämpfte Anschlagsituation des Achsträgers an zugeordneten fahrzeugseitigen Anschlagstrukturen zur Verfügung gestellt werden.
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Gemäß einer hierzu besonders bevorzugten Ausgestaltung, insbesondere in Verbindung mit einer Anordnung an einem Querträger, wird vorgeschlagen, dass in Trägerlängsrichtung gesehen jeweils ein elastisches Anschlag- und Versteifungselement zwischen zwei starren Anschlag- und Versteifungselementen angeordnet ist. Damit wird eine zu beiden Seiten des elastischen Anschlag- und Versteifungselementes gleiche Abstützsituation zur Verfügung gestellt, was bei einer Anschlagsituation zu einer vorteilhaften beidseitigen Krafteinleitung und damit Abstützsituation führt.
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Wie bereits zuvor ausgeführt, ist die Umsetzung der erfindungsgemäßen technischen Lehre insbesondere für den Anwendungsfall vorteilhaft, bei dem der Träger-Anschlagbereich durch einen, in Fahrzeughochachsenrichtung gesehen, oberseitigen Querträger-Anschlagbereich gebildet ist, oberhalb dem eine fahrzeugseitige Anschlagstruktur mit einem Spaltabstand angeordnet ist. Denn wie bereits zuvor ausgeführt, kommt es dort, bedingt durch die Anordnung der Getriebelager an den Querträgern, zu besonders starken Bauteilbelastungen, so dass dort die Gefahr einer Verformung des Querträgers besteht, was durch die erfindungsgemäße Lösung jedoch vorteilhaft vermieden wird. In diesem Zusammenhang ist eine Ausführungsform besonders bevorzugt, bei der der Träger-Anschlagbereich in einem mittleren Querträgerbereich zwischen zwei Längsträgern angeordnet ist.
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Alternativ, insbesondere aber zusätzlich zu den Abstützungen an den Querträgern in Fahrzeughochachsenrichtung ist auch ein Einsatz von Zusatzanschlägen in Fahrzeugquerrichtung denkbar, insbesondere an Krafteinleitungsstellen bzw. Konsolen, um dort Gesamtverschiebungen des Achsträgers zu begrenzen und/oder die elastischen Deformationen zu begrenzen bzw. Plastifizierungen unter Belastung zu vermeiden. Hierzu ist vorgesehen, dass der Träger-Anschlagbereich durch eine Bestandteil eines Längsträgers bildende oder eine mit einem Längsträger verbundene Konsole, insbesondere eine Lenkerkonsole, gebildet ist, der, vorzugsweise in Fahrzeugquerrichtung gesehen eine fahrzeugseitige Anschlagstruktur zugeordnet ist. Dabei kann es sich um einen nach außen, zur Fahrzeugaußenseite hin, und/oder um einen nach innen, zur Fahrzeugmitte hin, wirkenden Anschlag handeln. Besonders bevorzugt ist hierbei eine konkrete Ausgestaltung, bei der der Träger-Anschlagbereich durch eine konsolenseitige Abwinklung gebildet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 schematisch eine perspektivische Draufsicht auf eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Achsträgers,
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2 eine vergrößerte Einzelheit des Achsträgers gemäß 1 im Bereich des eine definierte Stützstelle aufweisenden Querträgers mitsamt zugeordneter Fahrzeugkarosseriestruktur,
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3 schematisch eine Darstellung entsprechend der 2 mit abgehobenem Elastomerkörper,
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4 schematisch eine Unteransicht des Achsträgers gemäß 1 mit konsolenseitigen Stützstellen, und
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5a bis 5c schematisch einen Querschnitt entlang der Linie A-A der 1 in unterschiedlichen Relativpositionen von Karosseriestruktur und Querträger.
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Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Achsträgers 1 für ein hier nicht weiter dargestelltes Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einen Pkw.
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Dieser Achsträger weist zwei im Wesentlichen in Fahrtrichtung ausgerichtete Längsträger 2, 3 auf, die an jeweils gegenüberliegenden Endbereichen jeweils Anbindungsstellen 4 aufweisen, an denen der Achsträger 1, zum Beispiel über hier nicht dargestellte Gummi-Metalllager, mit der hier ebenfalls nicht dargestellten Karosserie verbunden ist.
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Die beiden Längsträger 2, 3 sind quer zur Fahrzeuglängsrichtung x und damit in Fahrzeugquerrichtung y gesehen über zwei voneinander in Fahrzeuglängsrichtung x beabstandete Querträger 5, 6 verbunden. Die Längsträger 2, 3 können ebenso wie die Querträger 5, 6 aus einem Stahlwerkstoff hergestellt sein, wobei im vorliegenden Beispiel der 1 der in der Bildebene der 1 vordere Querträger 5 in dessen, bezogen auf die beiden seitlichen Längsträger 2, 3 mittleren Bereich einen Querträger-Anschlagbereich 7 aufweist. Wie dies insbesondere der 2 zu entnehmen ist, die eine vergrößerte Detaildarstellung des Querträger-Anschlagbereichs 7 zeigt, weist dieser oberseitige Querträger-Anschlagbereich 7 einen Spaltabstand 8 als Freigang zu einer dem Querträger-Anschlagbereich zugeordneten, oberhalb des Querträgers 5 angeordneten Karosseriestruktur 9 als fahrzeugseitiger Anschlagstruktur auf. Die 2 zeigt insofern eine Achsträgeranordnung im Montage- bzw. Grundzustand.
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Wie dies weiter insbesondere den 2 und 3 entnommen werden kann, umfasst der Querträger-Anschlagbereich 7 zum einen ein mittleres, elastisches Anschlag- und Versteifungselement 10, das eine im Wesentlichen zylindrische bzw. stabartige Form aufweist und sich im Wesentlichen in Querträgerlängsrichtung und damit in Fahrzeugquerrichtung y erstreckt. Diesem elastischen Anschlag- und Versteifungselement 10 sind an den beiden stirnseitigen Endbereichen jeweils voneinander in Querträgerlängsrichtung beabstandete starre Anschlag- bzw. und Versteifungselemente 11, 12 zugeordnet.
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Konkret weist das elastische Anschlag- und Versteifungselement 10 im querträgerseitigen Anbindungsbereich einen bodenseitigen Stützsteg 13 auf, der vorzugsweise aus dem Querträger 5 herausgeformt ist, auf jeden Fall aber durch ein starres Material aus einem Stahlwerkstoff gebildet ist. Auf diesen Stützsteg 13, der ein plattenförmiges Grundteil 14 und eine erhabene Steckzunge 15 aufweisen kann (vergleiche 3), kann dann ein Elastomerkörper 16 so aufgesteckt werden, dass die Steckzunge 15 im Elastomerkörper 16 aufgenommen ist, der wiederum zum Beispiel stoffschlüssig mittels einer Klebeverbindung mit der Steckzunge 15 und/oder auch mit dem plattenförmigen Grundteil 14 des Stützstegs 13 fest verbunden sein kann.
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Wie dies insbesondere auch aus der 5a ersichtlich ist, die einen Querschnitt entlang der Linie A-A durch den als offenes U-Profil ausgebildeten Querträger 5 zeigt, überragt der Elastomerkörper 16 in Wirkrichtung und damit hier in Fahrzeughochachsenrichtung z die beiden starren Anschlag- und Versteifungselemente 11, 12, von denen in der 5a nur eines gezeigt ist und die hier jeweils als stiftartige Vorsprünge mit kugelförmiger Oberseite ausgebildet sind.
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Durch eine derartige Ausbildung und Anordnung wird sichergestellt, dass bei einer aufeinander zu gerichteten Verlagerung von Querträger 5 und Karosseriestruktur 9, unter Überbrückung des Abstandes S1, zuerst der Elastomerkörper 16, wie in der 5b gezeigt, in eine Anlageverbindung an der Karosseriestruktur 9 kommt. Dies ist in der 5b schematisch durch den Kraftpfeil F1 dargestellt.
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Kommt es dagegen im Sinne des Kraftpfeils F2 der 5c zu einer solchen Kraftbeaufschlagung, bei der der Elastomerkörper 16 komprimiert wird, kommt es nach einem bestimmten Verlagerungsweg s2 (siehe 5a) zu einem Anschlag der Karosseriestruktur 9 an den beiden starren Anschlag- und Versteifungselementen, so dass die Belastung nicht allein durch das elastische Anschlag- und Versteifungselement 10 sondern auch zusätzlich durch die starren Anschlag- und Versteifungselemente 11, 12 abgefangen wird und sich somit eine vorteilhafte Kraftabstützung und Krafteinleitung in den Querträger ergibt, wobei die Anordnung der starren und elastischen Anschlag- und Versteifungselemente 10, 11, 12 bewirkt, dass der Querträger-Anschlagbereich 7 entsprechend versteift und stabil ausgeführt ist, so dass dieser auch bei sehr hohen Kraftbeaufschlagungen nicht verformt wird. Durch diese erfindungsgemäßem Stützstellen in Form der elastischen und starren Anschlag- und Versteifungselemente 10, 11, 12 kann zudem der übrige Wandbereich des Querträgers relativ dünn ausgelegt werden, da aufgrund der erfindungsgemäßen Stützstellenausgestaltung im besonders beanspruchten Bereich sichergestellt ist, dass genau derjenige Bereich versteift ist, der der Gefahr einer plastischen Deformation ausgesetzt wäre.
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Auch wenn dies hier in der beispielhaften Ausführungsform der 1 bis 5 nicht explizit dargestellt ist, kann selbstverständlich ein derartiger eben beschriebener Querträger-Anschlagbereich 7 auch in Verbindung mit dem Querträger 6 vorgesehen sein.
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In der 4 ist schließlich eine Unteransicht des Achsträgers 1 gemäß 1 gezeigt, wobei hier zusätzlich in Verbindung mit Lenkerkonsolen 17 eine erfindungsgemäße Stützstellenausgestaltung lediglich äußerst schematisch dargestellt ist. Beispielsweise können hier die Konsolen Abwinklungen 18 aufweisen, die mit ihrer Flachseite im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung y ausgerichtet sind und die unter Ausbildung eines Spaltabstandes 8 einer Karosseriestruktur 9 zugeordnet sind. An den Abwinklungen 18 können dann in analoger Weise zu dem Querträger-Anschlagbereich 7 Stützstellen durch elastische Anschlag- und Versteifungselemente 10 sowie starre Anschlag- und Versteifungselemente 11, 12 ausgebildet sein, die die gleiche Wirkungs- und Funktionsweise mit Bezug zu der Karosseriestruktur 9 aufweisen, wie dies zuvor in Verbindung mit den 5a und 5c geschildert worden ist. Dementsprechend werden neben den Stützstellen an den Querträgern 5 bzw. 6 in Fahrzeughochachsenrichtung auch Zusatzanschläge in Fahrzeugquerrichtung y denkbar, um die dort die entstehenden elastischen Verformungen zu begrenzen.
