Anbindung für ein Fahrerhaus
Die Erfindung betrifft eine Anbindung für ein Fahrerhaus an einem Rahmen eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Fahrzeugsicherheit ist mittlerweile auch bei der Entwicklung von Nutzfahrzeugen ein wichtiges Ziel. Dabei spielt unter anderem die Auslegung der Anbindung des Fahrerhauses an den Fahrzeugrahmen eine große Rolle. Orientiert man sich am realen Umfallgeschehen, so ist erkennbar, dass der für die Auslegung eines Fahrerhauses bzw. der zugehörigen Fahrerhauslagerung kritische Unfalltyp das Auffahren auf einen vorausfahrenden LKW ist. Die Situation ist besonders dann problematisch, wenn die Rahmensysteme oder der Aufbau der aufeinanderfahrenden Fahrzeuge auf unterschiedlicher Hohe angeordnet sind. In einem solchen Fall wird nämlich bei keinem Fahrzeug die Aufprallenergie direkt in das Rahmensystem eingeleitet, sondern es sind Bauteile betroffen, die oberhalb bzw. unterhalb des Rahmens angeordnet sind. In den wenigsten Fallen wird die Aufprallenergie in das Rahmensystem direkt eingeleitet. Ein Fahrerhaus wird insbesondere dann in Mitleidenschaft gezogen, wenn das Rahmensystem, Aufbau oder Anhangerheck des vorausfahrenden Fahrzeugs hoher ist als das des dahinter fahrenden Fahrzeugs.
Aus der DE 198 31 314 AI ist eine Anbindung für ein Fahrerhaus an einem Rahmen eines Fahrzeugs bekannt, welche eine gefederte Lagereinheit aufweist, die ein Kippen des Lagerhauses ermöglicht. Des weiteren weist die Anbindung ein Verbindungselement auf, über welches eine Verbindung zwischen der Lagereinheit und dem Rahmen hergestellt wird. Bei der bekannten Anordnung be-
steht das Verbindungselement aus mehreren Komponenten. Zum einen ist ein Federhalterarm vorgesehen. Neben dem Federhalterarm ist ein mehrteiliges Anbindungselement vorgesehen, welches einen Langsarm sowie einen Lagerbock aufweist, die miteinander in Verbindung stehen. Das mehrteilige Anbindungselement ist so ausgelegt, dass es sich im Fall eines Aufpralls energieverzehrend deformiert und die Verbindung zwischen Fahrerhaus und Rahmen möglichst lange halt.
Nachteilig an der bekannten Anordnung ist, dass sie aufwendig in der Herstellung und damit teuer ist. So müssen mehrere Teile hergestellt und montiert werden. Des weiteren müssen die einzelnen Teile von der Werkstoffbeschaffenheit und ihrer Form so gestaltet werden, dass die gewünschte energieverzehrende Wirkung bei der Deformation eintritt und dass die Deformation ebenfalls in der gewünschten Weise eintritt. So ist beispielsweise der Langsarm leicht nach oben durchgebogen und - von oben betrachtet - ungerade ausgeführt. In den Lagerbock sind gezielt Einbuchtungen aufgebracht.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anbindung für ein Fahrerhaus an einem Rahmen eines Fahrzeugs zu schaffen, die eine möglichst hohe Insassensicherheit sowie größtmöglichen Schutz Dritter gewahrleistet und die gleichzeitig kostengünstig herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch eine Anbindung für ein Fahrerhaus an einem Rahmen eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Anspruchs gelost.
Demnach zeichnet sich die Erfindung durch ein Fangelement aus, welches mit seinem einen Ende an dem Verbindungselement und mit seinem anderen Ende an dem Rahmen festgelegt ist. Das Fangelement stellt neben dem Verbindungselement eine zusatzliche Verbindung zwischen Fahrerhaus und Rahmen dar - die im Normalbetrieb nicht wesentlich belastet wird - und dient dazu, in das
Fahrerhaus oder die Lagereinheit bei einem Aufprall eingeleitete Kräfte in den Rahmen weiterzuleiten, sich zu deformieren und eine zuverlässige Verbindung zwischen Fahrerhaus und Rahmen zu gewahrleisten. Mit anderen Worten: durch das Fangelement wird das Fahrerhaus solange gefuhrt verschoben, bis ein Zuruck- verlagern aufgrund eines Anstoßens eines eindringenden Hindernisses an den Motorblock nicht mehr möglich ist. Durch die er- findungsgemaße Losung wird das Risiko eines vollständigen Lo- sens des Fahrerhauses vom Rahmen minimiert. Dadurch wird zum einen die Insassensicherheit erhöht und zum anderen die potentielle Gefahrdung Dritter reduziert, da das Fahrerhaus auch nach dem Aufprall auf dem Rahmen gehalten wird. Hinzu kommt, dass die potentielle Gefahrdung Dritter reduziert wird.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist der, dass das Fangelement einfach herzustellen ist, weil es einteilig ausgeführt werden kann. Bezogen auf die Kosten ist noch ein weiterer Vorteil zu beachten, die übrige Konstruktion muss nur in geringem Umfang verändert werden. Es muss lediglich ein weiteres Bauteil, nämlich das Fangelement hergestellt und montiert werden.
Gemäß einer Ausfuhrungsform ist der Anbindungspunkt des Fangelements an dem Rahmen von vorne gesehen hinter einem Anbindungspunkt des Verbindungselements am Rahmen angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass nach dem Versagen der rahmenseitigen Verbindung der Lagereinheit eine genügend große Ruckverlagerung des Fahrerhauses unter der Deformation der Fangbleche stattfinden kann. Die Bleche werden hierbei nicht durch übermäßige Zugbelastung beansprucht sondern unterliegen einer definierten Faltung.
Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform ist das Fangelement in Längsrichtung so ausgebildet, dass der Anbindungspunkt Fangelement/Rahmen von vorne gesehen naher zur Mitte als der Anbindungspunkt Verbindungselement/Rahmen angeordnet ist. Dies ermöglicht eine definierte Faltung der Bleche.
Das Fangelement kann beispielsweise aus einem Blech bestehen. Auf diese Weise ist es einfach und kostengünstig herzustellen. Es kann durch Stanzen und/oder Biegen in seine Form gebracht werden und es sind - im Gegensatz zu Gussteilen - keine speziell angefertigten Formen zur Herstellung notwendig.
Das Fangelement kann aus einem Material mit einer hohen Dukti- litat bestehen. Dies hat den Vorteil, dass es zah ist und gleichzeitig eine hohe Dehnfahigkeit aufweist. Diese Eigenschaften erfüllt beispielsweise der Stahl S500MC (Stahl EN10149, Werkstoffnummer 1.0984). Diese Materialeigenschaften begünstigen im Falle eines Aufpralls eine gute Verformbarkeit des Fangelementes ohne, dass seine Versagensgrenze überschritten wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass zwischen dem Verbindungselement und dem Rahmen möglichst lange eine Verbindung bestehen bleibt, die eine Anbindung des Fahrerhauses an den Rahmen gewahrleistet. Somit wird vermieden, dass sich das Fahrerhaus von dem Rahmen lost. Zudem kann bei der Verformung des Fangelementes ein Teil der eingeleiteten Energie absorbiert werden, so dass nur noch ein reduzierter Anteil an Energie in den Rahmen eingeleitet werden muss. Simulationen haben gezeigt, dass etwa 13% der ursprunglich eingeleiteten Energie über die Verformung des Fangelementes absorbiert werden können. Die eigentliche Energieabsorbtion findet in dem Moment statt, in dem eine Ruckverlagerung des Fahrerhauses nicht mehr möglich ist o- der das eindringende Hindernis am Motorblock anstoßt.
Das Fangelement kann über seine gesamte Länge eine im wesentlichen gleiche Breite aufweisen. Seine Endbereiche können abgerundet sein. In das Fangelement können Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungselementen eingebracht sein.
Zwischen dem Verbindungselement und dem Rahmen kann eine Konsole vorgesehen sein. Diese Konsole hat den Zweck, die Lagereinheit und somit das gesamte Fahrerhaus relativ zum Rahmen zu adaptieren. Sie nimmt an ihrem nach oben weisenden Ende die Lagereinheit auf und ist mit ihren nach unten weisenden Enden
mit dem Rahmen verbunden. Die Konsole kann aus einem spröden Werkstoff bestehen. Diese Werkstoffeigenschaften erfüllt beispielsweise der Gusswerkstoff GGG60. Die relativ geringe Dehn- fahigkeit des Werkstoffs wurde gewählt, um ein Versagen der Konsole im Kollisionsfall gegebenenfalls zu gewahrleisten.
Die Konsole kann an zwei voneinander beabstandeten Stellen mit dem Rahmen verbunden sein, von denen die eine Stelle von vorne gesehen hinter der anderen Stelle liegt. Dazu kann die Konsole zwei Schenkel aufweisen, die wie bei einem umgekehrten V angeordnet sind und oben zusammenlaufen.
In dem Fall, in dem zwischen dem Verbindungselement und dem Rahmen eine solche Konsole vorgesehen ist, kann sich das Fangelement von dem Anbindungspunkt zwischen Verbindungselement und Konsole bis zu einem Anbindungspunkt zwischen Konsole und Rahmen erstrecken.
Besonders einfach fallt die Konstruktion dann aus, wenn sich das Fangelement im wesentlichen parallel zu einem Schenkel der Konsole erstreckt. Auf diese Weise ist es möglich Fangelement und Konsole mit denselben Befestigungselementen sowohl an dem Verbindungselement als auch an dem Rahmen anzubinden, was sich positiv auf die Herstellungskosten auswirkt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele des näheren erläutert. Es zeigen:
Fig.l: eine Seitenansicht einer erfindungsgemaßen Anbindung für ein Fahrerhaus;
Fig.2: eine Vorderansicht einer erfindungsgemaßen Anbindung für ein Fahrerhaus gemäß Fig. 1;
Fig.3: eine Seitenansicht einer erfindungsgemaßen Anbindung für ein Fahrzeug mit einer Konsole zur Erhöhung des Fahrerhauses und
Fig.4: eine Vorderansicht einer erfindungsgemaßen Anbindung gemäß Fig. 3.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemaße Anbindung dargestellt. Von derartigen Anbindungen sind an einem Fahrzeug in der Regel zwei vorgesehen; auf jeder Seite des Fahrerhauses eine. Die linke Seite der Darstellungen gemäß den Figuren 1 und 3 weist in Richtung Fahrzeugfront; die Darstellungen gemäß den Figuren 2 und 4 zeigen die von vorne gesehen linke Anbindung des Fahrerhauses .
Die Anbindung weist eine Lagereinheit 1 auf. In der Lagereinheit ist unter anderem ein Federbeinelement 2 vorgesehen. An dem nach unten weisenden Ende des Federbeinelements 2 ist ein Lagerauge 3 angeordnet, über welches das Fahrerhaus kippbar angebunden wird. Die Lagereinheit 1 wird hier nicht detaillierter beschrieben, weil diese einen bekannten Aufbau hat, der zudem für die Erfindung nicht relevant ist.
Die Lagereinheit 1 ist an ihrem unteren Ende an dem Anbindungspunkt A mit einem Verbindungselement 4 verbunden. Über dieses Verbindungselement 4 wird die Lagereinheit an einen Fahrzeugrahmen 5 angebunden, der in den Figuren 1 und 3 nur schematisch dargestellt ist. Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist das Verbindungselement 4 ein geschmiedetes Bauteil. Es ist über Schrauben 6 mit dem Rahmen 5 verbunden. Es sind 4 Schrauben vorgesehen. Das geht aus der Front-Darstellung gemäß Fig. 2 hervor.
In den Figuren 1 bis 4 ist ein Fangelement 7 schraffiert dargestellt. Die Schraffur dient der besseren Kennzeichnung dieses Bauteils und soll keine Schnittdarstellung andeuten. Das Fangelement 7 besteht aus einem gebogenen Blechstreifen. Dieser
weist über seine gesamte Lange 1 im wesentlichen dieselbe Breite b auf. An den Enden ist er abgerundet ausgeführt und weist jeweils zwei Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungselementen 8, 9 auf. An seinem nach vorne weisenden Ende ist das Fangelement 7 an dem Anbindungspunkt B über Schrauben 8 an dem Verbindungselement 4 angelenkt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht sind zwei Schrauben 8 vorgesehen, die diese Verbindung herstellen. An seinem nach hinten weisenden Ende ist es an dem Anbindungspunkt C über Schrauben 9 an dem Rahmen 5 befestigt.
In der Seitenansicht gemäß Fig. 1 ist zu erkennen, dass das Fangelement 7 leicht geschwungen ausgeführt ist. Zwischen den beiden, an den Enden des Fangelementes 7 liegenden Anbindungs- punkten B, C, die in etwa auf einer Hohe liegen, ist es leicht nach oben gewölbt .
In der Vorderansicht gemäß Fig. 2 ist erkennbar, dass das Fangelement 7 auch in Längsrichtung geschwungen ausgeführt ist. Der Anbindungspunkt C von dem Fangelement 7 an den Rahmen 5 liegt nicht auf der selben Linie, wie der Anbindungspunkt B des Fangelementes 7 an dem Verbindungselement 4, sondern naher an der Fahrzeugmitte .
Das in Fig. 3 dargestellte Ausfuhrungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen lediglich dadurch, dass das Verbindungselement 4 nicht direkt mit dem Rahmen 5 sondern über eine Konsole 11 mit dem Rahmen 5 verbunden ist. Die Konsole 11, die hier ein Gussteil ist, ist V-formig ausgeführt und andersherum als ein V angeordnet. Sie weist zwei Schenkel 12 und 13 auf, von denen der Schenkel 12 nach vorne und der Schenkel 13 nach hinten weist und die im Bereich des Anbindungspunktes B zusammenlaufen. Die Konsole 11 ist an ihrem nach oben weisenden Ende an dem Anbindungspunkt B über vier Schrauben 14 an das Verbindungselement 4 geschraubt. Die Verbindung des Schenkels 12 mit dem Rahmen 5 an dem Anbindungspunkt A wird über Schrauben β hergestellt. Die Verbindung des Schenkels 13 mit dem Rahmen 5 an dem Anbindungspunkt C erfolgt über zwei Schrauben 9.
Wiederum schraffiert dargestellt ist das Fangelement 7. In diesem Ausfuhrungsbeispiel verlauft es im wesentlichen parallel zu dem nach hinten weisenden Schenkel 13. Es ist an seinem nach vorne weisenden Ende an dem Anbindungspunkt B über zwei Schrauben 8 mit dem Verbindungselement und an seinem nach hinten weisenden Ende an dem Anbindungspunkt C über die zwei Schrauben 9 mit dem Rahmen verbunden. Das Fangelement 7 ist auf der Innenseite der Anbindung 1 angeordnet, dass heißt es liegt an der der Fahrzeugmitte zugewandten Seite des Schenkels 13 an.
In der Seitenansicht gemäß Fig. 3 ist zu erkennen, dass der Anbindungspunkt B des Fangelements 7 an das Verbindungselement 4 und der Anbindungspunkt C des Fangelements 7 den Rahmen 5 auf unterschiedlicher Hohe liegen, so dass das Fangelement 7 S-for- mig ausgebildet ist. Entsprechend dem Fangelement 7 bei dem zuvor beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel ist das Fangelement 7 so ausgebildet, dass der Anbindungspunkt C des Fangelements 7 an dem Rahmen 5 von vorne gesehen naher zur Fahrzeugmitte angeordnet ist als der Anbindungspunkt A der Konsole 11 an dem Rahmen 5 bzw. als der Anbindungspunkt B des Fangelements 7 an dem Verbindungselement 4.
In beiden Ausfuhrungsbeispielen besteht das Fangelement 7 aus einem Werkstoff mit einer hohen Duktilitat. Im Gegensatz zu den Verbindungselementen 4 lasst es sich ohne Erreichen einer Versagensgrenze dadurch sehr gut verformen.
Im folgenden wird nun die Funktionsweise der erfindungsgemaßen Anbindung im Falle eines Aufpralls erläutert: Im Falle einer Krafteinleitung in Hohe der Anbindung gemäß Pfeil F in den Figuren 1 und 3 wird diese Kraft entlang der Linie f über die Lagereinheit 1 zunächst in das Verbindungselement 4 eingeleitet. Die Schrauben 6 sind so dimensioniert, dass sie, sobald eine vorgegebene Kraftgrenze überschritten wird, versagen. Daher wird die Kraft dann von dem Verbindungselement 4 über den Anbindungspunkt B in das Fangelement 7 und anschließend über den
Anbindungspunkt C in den Rahmen 5 eingeleitet. Wenn der Versagensfall der Schrauben 6 eintritt, ist das Fahrerhaus immer noch über das Fangelement 7 mit dem Rahmen 5 verbunden. Durch die eingeleitete Kraft F wird sich das Fahrerhaus nach hinten verlagern, wobei das Fangelement 7 deformiert wird. Bei dieser Deformation wird ein Teil der Kraft F absorbiert. Das Fangelement 7 ist so ausgelegt, dass die Verbindung möglichst lange bestehen bleibt und somit das Fahrerhaus gefuhrt verschoben und ein komplettes Abtrennen des Fahrerhauses vermieden wird.
Im Falle des Ausfuhrungsbeispiels, das in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, wird die in Hohe des Pfeils F eingeleitete Kraft entlang der Linie f zunächst in das Verbindungselement 4 eingeleitet. Bei Überschreiten einer vorbestimmten Kraftgrenze versagen die Schrauben 6 und/oder der spröde Schenkel 12 oder 13 der Konsole 11, so dass die Kraft F dann von dem Verbindungselement 4 über den Anbindungspunkt B in das Fangelement 7 und anschließend über den Anbindungspunkt C in den Rahmen 5 eingeleitet wird. Auch bei diesem Ausfuhrungsbeispiel ist das Fahrerhaus immer noch über das Fangelement 7 mit dem Rahmen 5 verbunden. Durch die Ruckverlagerung des Fahrerhauses wird das Fangelement 7 deformiert, wobei das Fahrerhaus gefuhrt verschoben wird.