DE10138437B4 - Aus von Blechprofilen gebildeten Trägern zusammengesetzte Tragstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Aus von Hohlprofilen gebildeten Trägern (1) zusammengesetzte Tragstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit mindestens einem an einem der Träger (1) befestigten Funktionsmodul, das ein Basisteil (6) für ein von diesem Basisteil getragenes Funktionselement (7a, 7b) des Kraftfahrzeuges aufweist,
wobei der eine Träger (1) am Befestigungsort des Funktionsmoduls eine Aussparung aufweist und das Basisteil (6) als ein den Träger (1) im Bereich seiner Aussparung ergänzendes Trägerteil ausgebildet ist, das dafür dem Hohlprofil angepasst ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die aus Hohlprofilen gebildeten Träger (1) und das als ergänzendes Trägerteil ausgebildete Basisteil (6) aus Blech bestehen, wobei das Basisteil dem Belastungsverhalten des ausgesparten Trägers (1) derart angepasst ist, daß es im Crashfall an der Energieabsorption des Trägers teilnimmt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine aus von Hohlprofilen gebildeten Trägern zusammengesetzte Tragstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit mindestens einem an einem der Träger befestigten Funktionsmodul, das ein Basisteil für ein von diesem Basisteil getragenes Funktionselement des Kraftfahrzeuges aufweist, wobei der eine Träger am Befestigungsort des Funktionsmoduls eine Aussparung aufweist und das Basisteil als ein den Träger im Bereich seiner Aussparung ergänzendes Trägerteil ausgebildet ist, das dafür dem Hohlprofil angepasst ist.
• Bei der Entwicklung von Karosserien für Kraftfahrzeuge werden einerseits ein möglichst geringes Gewicht und andererseits eine möglichst kostengünstige Herstellung angestrebt. Ein leichtes Gewicht wird durch die Auswahl der verwendeten Materialien und belastungsoptimierter Teile erreicht, während eine kostengünstige Herstellung durch den Einsatz von Funktionsmodulen erreicht wird (Modulbauweise).
• Unter „Funktionsmodulen" werden einfach an die Tragstruktur anzubindende Basisteile verstanden, die Achsschemel oder Achsmodule, gegebenenfalls mit daran montierten Lenkern tragen. Auch andere vormontierte Funktionselemente des Kraftfahrzeuges können Teile eines solchen Funktionsmoduls sein. Im Vergleich zu der unmittelbaren Befestigung der Funktionselemente an der Tragstruktur ist diese Modulbauweise mit dem Nachteil verbunden, daß das Basisteil einerseits zusätzliches Gewicht bedeutet und andererseits den Träger in dem Anwendungsbereich unnötig verstärkt, ja sogar sein gewünschtes Crashverhalten negativ verändert.
• Aus Hohlprofilen gebildete Tragstrukturen für Karosserien eines Kraftfahrzeuges sind in mannigfacher Ausführung bekannt. Bei einer solchen Tragstruktur der eingangs genannten Art ( DE 40 14 385 A1 ) ist die Tragstruktur aus stranggepressten Leichtmetallhohlprofilträgern zusammengesetzt. In einem Leichtmetallhohlprofilträger, und zwar der B-Säule, ist eine Aussparung vorgesehen, in die ein als Leichtmetallgussteil ausgeführtes Basisteil für ein Scharnier oder Schlossteil einer Fahrzeugtür eingesetzt und festgeschweißt ist. Dieses eingeschweißte Leichtmetallgussteil ergänzt so das Leichtmetallstrangpresshohlprofil im Bereich des Ausschnittes. Eine besondere Dimensionierung des Leichtmetallhohlprofils mit dem eingeschweißten Leichtmetallgussteil nach Kriterien für ein optimales Crashverhalten ist nicht vorgesehen.
• Ferner ist ein Wagenkasten für Fahrzeuge bekannt ( DE 42 04 825 C2 ), der durch Strangpressprofile gebildete Träger und an diese angeschlossene aus Strangpressprofilteilen gebildete Federbeinaufnahmen umfasst. Die Strangpressprofilteile der Federbeinaufnahmen weisen Steckaufnahmen auf, in die die einander zugekehrten Enden der miteinander fluchtenden Strangpressprofile der Träger formschlüssig eingesteckt und z.B. durch zusätzliche Verbindungsmittel, wie Schweißverbindungen, festgelegt sind. Auch in diesem Fall ist die Verbindung zwischen Trägern und Federbeinaufnahme nicht nach den Kriterien eines optimalen Crashverhaltens ausgelegt.
• Schließlich ist ein als Hohlprofil ausgebildeter Querträger einer Fahrzeugstruktur bekannt DE 197 15 069 C2 , dem mit einem Halteelement Funktionselemente, z.B. die Lenksäule, angebunden sind. Aussparungen in dem Träger für Basisteile solcher Halteelemente sind nicht vorgesehen, vielmehr sind die Halteelemente von außen an dem Querträger angebracht. Im mittleren Bereich ist der Querträger in geeigneter Weise dahingehend ausgebildet, dass er bei einer axial auf ihn einwirkenden Kraft, wie sie bei einem Seitenaufprall auftreten kann, zu definierten Verformungen führt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tragstruktur für Karosserien von Kraftfahrzeugen zu schaffen, die sowohl gewichts- und belastungsoptimiert ist als auch bezüglich verschiedener Funktionselemente des Kraftfahrzeuges einen geringen Fertigungsaufwand erfordert.
• Diese Aufgabe wird bei einer Tragstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die aus Hohlprofilen gebildeten Träger und das als ergänzendes Trägerteil ausgebildete Basisteil aus Blech bestehen, wobei das Basisteil dem Belastungsverhalten des ausgesparten Trägers derart angepasst ist, dass es im Crashfall an der Energieabsorption des Trägers teilnimmt.
• Bei der erfindungsgemäßen, insbesondere als Rahmen ausgebildeten Tragstruktur ist das Basisteil integraler Bestandteil des insbesondere als Längsträger dienenden Trägers. Dadurch werden Materialdoppelungen im Bereich des Funktionsmoduls vermieden, so daß die Tragstruktur sowohl gewichts- als auch belastungsoptimiert auch im Bereich des Funktionsmoduls ausgelegt sein kann. Die beim Stand der Technik mit der Anbindung des Basisteils am Träger der Tragstruktur verbundene Materialdoppelung, die insbesondere bei einem Längsträger die Crashzone vor und hinter der Fahrgastzelle nachteilig verkürzt, tritt bei der. Erfindung nicht auf, weil das Basisteil zur Energieabsorption vor allem bei stärkeren Crashs herangezogen werden kann. So kann das eingefügte Basisteil über seine Länge verschiedene Widerstandsmomente haben. Insbesondere kann es über seine Länge eine unterschiedliche Blechdicke haben und/oder Sollknickstellen aufweisen.
• Das Basisteil läßt sich mit den üblichen Fügetechniken, wie Schweißen, Kleben oder mittels einer Niet-Schraub-Verbindung an den Träger anbinden. Auch kombinierte Fügetechniken sind denkbar. Vor allem im Falle einer Klebeverbindung überlappen Träger und Basisteil sich am Befestigungsort. In diesem Fall kann die Klebeverbindung bei entsprechendem Kleber als dämpfende Zwischenlage dienen. Geeignet sind dafür Dickschichtklebestoffe, wie sie z.B. für die Befestigung der Frontscheiben Verwendung finden. Im Falle der Verwendung eines Klebers sollte als zusätzliche Sicherung noch eine mechanische Befestigung, wie Schraubverbindung, eingesetzt werden, die dann allerdings zur Erhaltung der Dämpfungswirkung ebenfalls z.B. durch Gummiunterlagen schwingungsentkoppelt sein sollte.
• Zur Beeinflussung des Crashverhaltens der Tragstruktur und zum Zwecke der Reparaturfreundlichkeit ist das Funktionsmodul vorzugsweise über seine Länge durch unterschiedliche Dimensionierung und Sollknickstellen für unterschiedliche Widerstandsmomente ausgelegt.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Basisteil aus einem die benachbarten Enden des ausgesparten Trägers umschließenden-Hutprofil besteht. Zum Verschließen des Hutprofils dient eine an den Flanschen des Hutprofils befestigte Platte. Vorzugsweise wird diese Platte vom Blechfeld der Karosserie gebildet, z.B. von der Bodenplatte der Karosserie.
• Im Falle eines Mehrkammerblechprofils weist nur ein Blechprofil des Trägers die Aussparung für das eingefügte Basisteil auf.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
• 1 eine Tragstruktur im Ausschnitt in Seitenansicht,
• 2 die Tragstruktur gemäß 1 im Ausschnitt aus der Sicht des Pfeils A der 1,
• 3 die Tragstruktur gemäß 1 im Schnitt nach der Linie B-B der 2,
• 4 die Tragstruktur gemäß 1 in verschiedenen Halbschnitten der 3,
• 5 die Tragstruktur gemäß 1 im vergrößerten Halbschnitt B2-B2 der 3,
• 6 das Funktionsmodul für eine Tragstruktur gemäß 1 in paarweiser Anordnung in perspektivischer Darstellung,
• 7a, 7b, 7c, 7d ein Basisteil eines Funktionsmoduls für eine Tragstruktur gemäß 1 in perspektivischer Darstellung in verschiedenen Ausführungen,
• 8 eine Tragsturktur in Seitenansicht im Ausschnitt zu einer in 1 anderen Ausführung und
• 9 die Tragstruktur gemäß 1 in Seitenansicht unverformt, verformt nach einem leichten Crash und verformt nach einem schweren Crash.
• Die in 1 und 2 im Ausschnitt und Seitenansicht dargestellte Tragstruktur umfaßt einen Längsträger 1 mit einer daran angesetzten Säule 2, bei der es sich um die C-Säule handelt. Auf dem Längsträger 2 liegen Blechfelder 3, 4, 5 auf, z.B. die Kofferraumplatte 3, die Bodenplatte 4 und der innere Radkasten 5. Der Längsträger 1 kann entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 7 als Einkammerprofil oder entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 9 als Zweikammerprofil ausgebildet sein. In allen Fällen bestehen die Träger aus Blechplatinen, die längsnahtgeschweißt sind.
• Beim Ausführungsbeispiel der 1 bis 5 weist der Träger 1 eine Aussparung in einem Bereich auf, wo Funktionselemente angebracht werden sollen. Zwischen den verbleibenden Abschnitten 1a, 1b ist ein die Aussparung ergänzendes Basisteil 6 eingefügt, das als Funktionselemente Anbindungen 7a, 7b für nicht dargestellte Achslenker trägt. Das Basisteil 6 besteht aus Blech und ist als Hutprofil ausgebildet. Sein Profil ist dem Profil der verbleibenden Abschnitte 1a, 1b des Trägers 1 derart angepaßt, daß es überlappend am Träger 1 anliegt. Oberseitig ist es von einer Platte verschlossen, die fest an seine nach außen weisenden Flansche angeschlossen ist. Die Platte kann Teil eines Blechfeldes 3 und oder 5, z.B. die Bodenplatte des Kofferraums und/oder des Radkastens, sein. Als Verbindungstechniken für den mit den Abschnitten 1a, 1b des Trägers 1 überlappenden Bereich und für die verschließende Platte 3 können eine insbesondere dämpfende Schweißverbindung, eine Schraubverbindung oder eine Klebeverbindung oder Kombinationen daraus angewendet werden. Beim Ausführungsbeispiel der 5 und 6 ist die Klebetechnik angewendet worden. Wie aus 5 ersichtlich, ist der Kleber 6a als dämpfende Zwischenlage 6a ausgebildet. Im Bereich der Flansche können zusätzlich Schraubverbindungen vorgesehen sein.
• Das hutförmig profilierte Basisteil 6 kann entsprechend den Ausführungsbeispielen der 7 verschieden gestaltet sein. Anstelle einer konstanten Blechdicke über seine gesamte Länge kann es nach der Tailored-Blanks-Methode unterschiedliche Dicken in Längsrichtung haben. Entsprechend den Ausführungen a und b hat es abgestuft verschiedene Dicken, während entsprechend dem Ausführungsbeispiel d die Dicke stufenlos abnimmt. Beim Ausführungsbeispiel c sind durch Einprägungen Sollknickstellen vorgesehen. Durch solche Dimensionierungen kann vorgegeben werden, wo auf der Länge des Basisteils bevorzugt die Deformation bei einem Crash stattfindet.
• Wie die verschiedenen Beispiele der 9 zeigen, findet bei einem leichten Crash nur eine Deformation im Abschnitt 1b statt, während bei einem schwereren Crash auch eine Deformation im Basisteil 6 stattfindet, und zwar bei einer Dimensionierung entsprechend 7b mit dem in der Wandstärke dünnsten Abschnitt in der Mitte gezielt im mittleren Bereich. Im Falle eines leichten Crashs braucht nur der Abschnitt 1b des Trägers ausgetauscht zu werden, während im Falle eines schwereren Crashs sowohl dieser Abschnitt 1b als auch das Funktionsmodul mit dem Basisteil 6 ausgetauscht werden müssen. Wie das Ausführungsbeispiel der 9 zeigt, kann durch entsprechende Dimensionierung des Endabschnittes 1b des Trägers 1 und des Funktionsmoduls, und zwar des Basisteils 6, erreicht werden, daß im Falle eines Crashs die Fahrgastzelle vor einer Deformation weitgehend geschont ist und der Träger 1 mit dem Funktionsmodul insofern reparaturfreundlich ist, als bei einem leichten Crash die Verformung auf den vergleichsweise einfach gestalteten Trägerabschnitt 1b beschränkt ist, während erst bei schwereren Crashs auch das im Aufbau aufwendigere Funktionsmodul 6 ausgetauscht werden muß.
• Das Ausführungsbeispiel der 8 unterscheidet sich von dem der 1 bis 7 und 9 nur darin, daß der Träger von zwei übereinander angeordneten, miteinander verbundenen Blechprofilen 10a, 10b besteht. In einem solchen Fall ist die Aussparung am Ende eines Blechprofils 10b vorgesehen. Ein Basisteil 11 des Funktionsmoduls ist als Hohlkammerprofil ausgebildet und mit einem Ende überlappend an das Blechprofil 10a angefügt und im übrigen Bereich flach an das Profil 10a angefügt und gegebenenfalls zusätzlich mittels Schraubverbindungen befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet der das Funktionsmodul überstehende Abschnitt des Blechprofils 10a allein die Crashzone für leichte Crashs. Die Crashzone für schwerere Crashs wird vom anschließenden Abschnitt des Blechprofils 10a und vom Basisteil 11 des Funktionsmoduls gebildet.

Claims (15)

1. Aus von Hohlprofilen gebildeten Trägern (1) zusammengesetzte Tragstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit mindestens einem an einem der Träger (1) befestigten Funktionsmodul, das ein Basisteil (6) für ein von diesem Basisteil getragenes Funktionselement (7a, 7b) des Kraftfahrzeuges aufweist, wobei der eine Träger (1) am Befestigungsort des Funktionsmoduls eine Aussparung aufweist und das Basisteil (6) als ein den Träger (1) im Bereich seiner Aussparung ergänzendes Trägerteil ausgebildet ist, das dafür dem Hohlprofil angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Hohlprofilen gebildeten Träger (1) und das als ergänzendes Trägerteil ausgebildete Basisteil (6) aus Blech bestehen, wobei das Basisteil dem Belastungsverhalten des ausgesparten Trägers (1) derart angepasst ist, daß es im Crashfall an der Energieabsorption des Trägers teilnimmt.
2. Tragstruktur nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger der Tragstruktur einen Rahmen bilden.
3. Tragstruktur nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungen zwischen Träger (1) und Basisteil (6) Schweißverbindungen ist.
4. Tragstruktur nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungen zwischen Träger (1) und Basisteil (6) Klebeverbindungen sind.
5. Tragstruktur nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung zwischen Träger (1) und Basisteil (6) eine Niet-oder Schraubverbindungen sind.
6. Tragstruktur nach einem der Patentansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass Träger (1) und Basisteil (6) an den Befestigungsorten einander überlappen.
7. Tragstruktur nach den Patentansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber der Klebeverbindung als dämpfende Zwischenlage (6a) ausgebildet ist.
8. Tragstruktur nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (6) aus einem die benachbarten Enden des ausgesparten Trägers (1) umschließenden Hutprofil und einer das Hutprofil verschließenden und damit fest verbundenen Platte (3, 5) besteht.
9. Tragstruktur nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die das Hutprofil verschließende Platte von einem Blechfeld (3, 5) der Karosserie gebildet wird.
10. Tragstruktur nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Mehrkammerblechprofil nur ein Blechprofil (10b) des Trägers die Aussparung für das eingefügte Basisteil (11) aufweist.
11. Tragstruktur nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das eingefügte Basisteil (6) über seine Länge verschiedene Widerstandsmomente aufweist.
12. Tragstruktur nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (6) über seine Länge einen nicht konstanten Blechdickenverlauf hat.
13. Tragstruktur nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (6) über seine Länge diskrete Abschnitte mit unterschiedlicher Blechdicke hat.
14. Tragstruktur nach einem der Patentansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (6) Sollknickstellen aufweist.
15. Tragstruktur nach einem der Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) ein Längsträger und das darin integrierte Basisteil (6) ein Achsträger ist, dessen Funktionselemente (7a, 7b) als Anbindungselemente für Achslenker ausgebildet sind.