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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Hohlträger einer Tragstruktur eines
Kraftfahrzeuges mit einem fest mit dem Hohlträger verbundenen und dazu koaxialen
Verstärkungsträger gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die
DE 198 28 435 A1 zeigt
einen Hohlträger einer
Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Cockpitquerträger, mit
einem fest mit dem Hohlträger
verbundenen und dazu koaxialen Verstärkungsträger, der zumindest teilweise
flächig
am Hohlträger anliegend
innerhalb diesem angeordnet ist. Der Verstärkungsträger ist als Kunststoffelement
in den seitlich offenen Hohlträger
eingespritzt und weist des Weiteren U-förmige
Ausschneidungen auf.
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Die
DE 196 43 049 A1 zeigt
einen Stoßfänger, dessen
Tragkörper
aus zwei U-förmig
profilierten Halbschalen aufgebaut ist, wobei in die Halbschalen Verstärkungseinlagen
eingesetzt sind. Hierbei ist der durch die Halbschalen gebildete
Hohlträger
in seinem Inneren durch mehrere Verstärkungseinlagen ausgesteift,
die doppelt angeordnet sein können.
Die einzelnen Verstärkungseinlagen
sind jeweils für
sich mit den Halbschalen des Hohlprofils verbunden oder an anderen
Verstärkungseinlagen
befestigt.
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Der
DE 699 17 091 T2 ist
ein Lenksäulenträger für ein Kraftfahrzeug
entnehmbar, der als Doppelrohr ausgestaltet sein kann. Dessen Innenrohr,
das als Verstärkungsträger dient,
besitzt einen umfangsmäßig geschlossenen
Querschnitt.
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Die
DE 101 04 790 A1 zeigt
einen Hohlträger,
der mit Aufnahmedurchbrüchen
ausgestattet sein kann, in die Schnappmuttern oder Nietmuttern eingesetzt
sein können.
Die Anbringung derartiger Muttern gestaltet sich jedoch im Inneren
des Hohlträgers
relativ aufwändig.
Zum einen müssen
bei Schnappmuttern entsprechend
4 seitliche
Montageöffnungen
48 vorgesehen
werden, um die Schnappmuttern
46 anbringen zu können. Des
Weiteren scheint auch die Nietmutter
47 aus
5 von außen am Hohlträger
18 angebracht
zu sein, was relativ schwierig realisierbar ist. Bei der Ausführungsform
gemäß
8 sind die Muttern mit Hülsen versehen
und von außen
mit dem Hohlträger
verschweißt.
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Aus
der
DE 100 23 506
A1 ist ein Cockpitträger
für die
Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit einem als geschlossenes oder
offenes Metall-Hohlprofil ausgeführten
Querträger
bekannt. Der Cockpitträger
weist endseitige Anbauelemente zur Verbindung des Querträgers mit
den A-Säulen
der Karosseriestruktur auf. Eine beanspruchungsgerechte Ausgestaltung
mit Gewichtsoptimierung wird durch einen als geschlossenes oder
offenes Metall-Hohlprofil ausgeführten
Verstärkungsträger erreicht,
der dabei den Querträger
an zwei Seiten umgreift und von außen am Metall-Hohlprofil des
Cockpitträgers
angeordnet ist.
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Aus
der
EP 0 896 919 A2 ist
ein Querträger zur
Halterung einer Lenksäule
eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Querträger ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung
zwischen den beiden A-Säulen der
Fahrzeugkarosserie angeordnet und an die A-Säulen angeschlossen. Der Querträger ist
vorzugsweise als stranggepresstes Hohlprofil, gestaltet. Um den
Beanspruchungen aus Belastungen durch die Lagerung der Lenksäule bei
ausreichender Steifigkeit zu genügen,
ist mit dem Querträger
im Bereich der Lenksäule zu
deren Halterung ein sich bereichsweise in Längsrichtung des Querträger erstreckendes
Verstärkungsprofil
fest verbunden. Das Verstärkungsprofil ist
dabei an einer äußeren Seite
des Querträgers, das
heißt
parallel zu diesem, angeordnet und weist einen sich zur Mitte des
Querträgers
verjüngenden Querschnitt
auf.
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Aus
der
DE 198 45 146
A1 ist ein Querträger zur
Aussteifung einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeuges, mit zumindest
zwei in axialer Verlängerung
angeordneten Profilabschnitten unterschiedlichen Querschnitts bekannt.
Dabei ist der Profilabschnitt kleineren Querschnitts über zumindest
eine Teillänge
mit dem Profilabschnitt größeren Querschnitts überlappend
angeordnet. Die Profilabschnitte sind zumindest im Überlappungsbereich
durch wenigstens ein starres Verbindungsteil in einer Richtung quer
zur Längsrichtung
miteinander verbunden.
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Aus
der
EP 0 662 902 B1 ist
ein Querträger für das Armaturenbrett
eines Kraftfahrzeuges bekannt. Der Querträger erstreckt sich über die
Breite des Kraftfahrzeuginnenraums, wobei an dessen Unterseite eine
Halterung für
eine Lenksäule
angeschraubt ist. Dabei besteht der Querträger aus drei Leichtmetall-Strangpressteilen,
nämlich
zwei Seitenteilen mit einem geschlossenen Kastenprofil und einem
mit diesem verschweißten
Mittelteil. Im Bereich der Befestigungsstellen der Lenksäulenhalterung weist
die untere Wand des fahrerseitigen Seitenteils eine größere Wandstärke auf,
als die übrigen
Wände dieses
Seitenteils und als die Wände
des beifahrerseitigen Seitenteils. Hierdurch wird der lokal erhöhten Belastung
durch die an der Unterseite des Querträgers angeschraubte Lenksäule Rechnung
getragen.
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Schließlich ist
aus der
DE 101 04
790 A1 ein Querträger
für eine
Armaturentafel eines Fahrzeuges bekannt. Der Querträger weist
einen rohrförmigen Grundträger sowie
zumindest einen Halter für
ein Anbauteil der Armaturentafel auf. Dabei sind an dem Grundträger mindestens
eine erste und eine zweite ebene Ausrichtfläche vorgesehen, wobei die beiden Ausrichtflächen – in Umfangsrichtung
des Grundträgers
gesehen – einen
Abstand zueinander aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
einen Hohlträger
eingangs erwähnter
Art eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, durch welche insbesondere die Steifigkeit des Hohlträgers unter
gewichtsminimierenden Gesichtspunkten erhöht wird und zugleich die Anbindung
von Anbauteilen erleichtert wird.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Hohlträger einer
Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs mit einem fest mit dem Hohlträger verbundenen
und dazu im wesentlichen koaxialen Verstärkungsträger, den Verstärkungsträger mit gewichtsreduzierenden
Ausstanzungen zu versehen und zumindest teilweise flächig am
Hohlträger
anliegend innerhalb diesem anzuordnen.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung kann der
Hohlträger,
welcher beispielsweise als Cockpitquerträger ausgebildet ist, verstärkt werden,
ohne dass zusätzlicher
Bauraum benötigt
wird. Da insbesondere im Armaturenbrettbereich bzw. Cockpitbereich
nur wenig freier Bauraum zur Verfügung steht, kann der durch
den innenliegenden Verstärkungsträger eingesparte
Bauraum für
andere Zwecke verwendet werden, wodurch eine konstruktive Verbesserung
erreicht wird. Darüber
hinaus ist denkbar, dass der innenliegende Verstärkungsträger auch nachträglich zur
Verstärkung
des Hohlträgers
innerhalb diesem angeordnet werden kann, wodurch die Flexibilität beim Fertigungsprozess
des Hohlträgers erhöht werden
kann.
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Die
Ausstanzungen sind dabei vorzugsweise an Stellen geringer Belastung
angeordnet, wogegen Bereiche hoher Belastungen, beispielsweise mit
hohen Momenten und/oder Querkräften,
keine Ausstanzungen aufweisen. Die Ausstanzungen sind somit an den
Kräfte-
und Momentenverlauf im Querträger
angepasst.
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Der
Verstärkungsträger weist
an seiner Innenseite zumindest eine Schweißmutter oder eine Stanzeinpressmutter
auf. Bei den Schweißmuttern handelt
es sich vorzugsweise um fest mit dem Verstärkungsträger verbundene, beispielsweise
verschweißte,
Innengewinde, in welche Schrauben eindrehbar sind und dadurch eine
einfache Befestigung von Anbauteilen ermöglichen. Ein Gegenhalten der Schweißmuttern
beim Eindrehen der Schraube ist dabei nicht erforderlich, da diese
bereits mit dem Verstärkungsträger drehfest
verbunden sind.
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Weiterhin
weist der Hohlträger
zumindest eine Öffnung
auf, welche mit der zumindest einen Schweißmutter und/oder der zumindest
einen Stanzeinpressmutter des Verstärkungsträgers fluchtet. Hierdurch wird
in besonders günstiger
Weise eine Verbindungsmöglichkeit
von Anbauteilen mit dem Hohlträger
bzw. mit dem Verstärkungsträger geschaffen.
Der Verstärkungsträger, welcher
im endfertigen Zustand fest mit dem Hohlträger verbunden ist, liefert
somit ortsfeste Anbindungspunkte für Schrauben, welche von außen durch
entsprechend mit den Muttern fluchtende Öffnungen im Hohlträger eingeschraubt
werden können
und dadurch das Befestigen von Anbauteilen, wie beispielsweise Konsolen, Haltern
und/oder Aggregaten, wesentlich erleichtern. Hierdurch wird die
Montage vereinfacht und zum anderen prozesssicher gestaltet, da
sowohl die Schweißmuttern
als auch die Stanzeinpressmuttern im Unterschied zu nachträglich angeordneten
Blindnietmuttern mit hoher Genauigkeit an der richtigen Stelle unlösbar gesetzt
werden können.
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Zweckmäßig weist
der Verstärkungsträger ein
einseitig offenes, insbesondere ein U-förmiges, Querschnittsprofil
auf. U-Profile besitzen
aufgrund ihrer hohen Flächenträgheitsmomente
eine hohe Biegesteifigkeit und sind dadurch besonders als Verstärkungselemente
geeignet. Darüber
hinaus bietet das U-förmige Querschnittsprofil
die Möglichkeit,
den Verstärkungs träger an mehreren
Seiten innerhalb des Hohlträgers
anzulegen.
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Darüber hinaus
ist vorstellbar, dass zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses
des Hohlträgers
mit innenliegendem Verstärkungsträger der
Verstärkungsträger zunächst leicht
zusammengedrückt wird
und nach Einnahme seiner gewünschten
Position innerhalb des Hohlträgers
entspannt wird, wobei sich der Verstärkungsträger elastisch aufspreizt und sich
unter Anlage an einer Innenwandung des Hohlträgers rutschfest mit diesem
verklemmt. Der Verstärkungsträger ist
somit radial gegen den umgebenden Hohlträger verspannt. Dabei ist denkbar,
dass die Spreizkraft verbunden mit rutschhemmenden Elementen, wie
beispielsweise Sicken und Aufnahmen, zur festen Positionierung des
Verstärkungsträgers innerhalb
des Hohlträgers
ausreicht. Generell ist aber auch denkbar, dass der Verstärkungsträger nach
Einnahme seiner gewünschten
Position mit dem Hohlträger
fest verbunden, beispielsweise verschweißt und/oder verklebt wird.
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Zweckmäßig ist
der Hohlträger
als innenhochdruckumgeformtes Profil oder als geschlossenes Walzprofil
ausgebildet oder aus zwei Tiefziehhalbschalen zusammengesetzt. Sowohl
IHU-Profile als auch Tiefziehhalbschalen sind mit heutigen Fertigungsmethoden äußerst präzise und
kostengünstig herzustellen.
Die Ausbildung des Hohlträgers
als IHU-Profil bietet den Vorteil eines umfangsseitig geschlossenen
Profils, welches besonders hohe Trägheits- und Widerstandsmomente
aufweist, wogegen ein aus zwei Tiefziehhalbschalen zusammengesetzter
Hohlträger
eine Anordnung von Anbauteilen, wie beispielsweise Gegenhaltern,
innerhalb des Hohlträgers
erleichtert. Durch ein Verschweißen und/oder Verkleben und/oder
ein Zusammenfügen
durch Falzen können
auch die beiden Tiefziehhalbschalen fest miteinander verbunden werden,
so dass ein Hohlträger
mit hohem Widerstands- bzw. Trägheitsmoment entsteht.
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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 funktional gleiche
oder ähnliche
Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen:
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1a einen
erfindungsgemäßen Hohlträger mit
innenliegendem Verstärkungsträger,
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1b den
verkürzt
dargestellten erfindungsgemäßen Verstärkungsträger,
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2 einen
Querschnitt durch den Hohlträger
mit innenliegendem Verstärkungsträger.
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Gemäß 1a ist
ein Hohlträger 1 einer
im übrigen
nicht dargestellten Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges mit einem
fest mit dem Hohlträger 1 verbundenen
und dazu im wesentlichen koaxialen Verstärkungsträger 2 gezeigt. Der
Hohlträger 1 kann
beispielsweise als Cockpitquerträger
ausgebildet sein und über
zwei Anbindungselemente 8, wovon gemäß 1a eines
dargestellt ist, an nicht gezeigte A-Säulen des Kraftfahrzeuges angeschlossen
sein. Generell können
am Hohlträger 1 wei tere
Anbauelemente 9 angeordnet sein, beispielsweise eine Halterung
für eine
Lenksäule
und/oder eine Zitterstrebe. Innerhalb der Tragstruktur des Kraftfahrzeuges
bewirkt der Hohlträger 1 eine
Queraussteifung derselben und stellt darüber hinaus eine Anbindungsmöglichkeit
für obengenannte
Anbindungselemente 8 dar.
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Da
die Tragstruktur generell und besonders im Falle eines Unfalls eine
definierte Steifigkeit aufweisen soll, ist beabsichtigt, den Hohlträger 1 möglichst
steif auszubilden. Aus Gründen
eines geringen Energieverbrauchs sollte die Aussteifung jedoch mit möglichst
geringem Gewicht erreicht werden. Deshalb schlägt die Erfindung vor, dass
der Verstärkungsträger 2 gewichtsreduzierende
Ausstanzungen 3 (vgl. 1b) aufweist
und zumindest teilweise flächig
am Hohlträger 1 anliegend
innerhalb diesem angeordnet ist. Die zumindest teilweise flächige Anlage des
Verstärkungsträgers 2 am
Hohlträger 1 kann über tellerförmige Anlageflächen 7 erfolgen,
welche vorzugsweise im Bereich von Schweißmuttern 5 und/oder
Stanzeinpressmuttern 5 angeordnet sind (vgl. 1b und 2).
Die im wesentlichen koaxiale Anordnung des Verstärkungsträgers 2 innerhalb des
Hohlträgers 1 bietet
den Vorteil, das kein zusätzlicher
Bauraum benötigt
wird und eine Bauraumknappheit im Bereich des Cockpits entschärft werden kann.
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Generell
kann der Hohlträger 1 als
innenhochdruckumgeformtes Profil oder als geschlossenes Walzprofil
ausgebildet sein oder aus zwei Tiefziehhalbschalen zusammengesetzt
werden. IHU-Profile
bieten Vorteil eines umfangsgeschlossenen Profils und eines damit
verbundenen hohen Widerstands bzw. Trägheitsmomentes, wodurch eine hohe
Steifigkeit des Hohlträgers
erzielt werden kann. Bei einem aus zwei Tiefziehhalbschalen zusammengesetzten
Hohlträger 1 können diese
beispielsweise miteinander verschweißt und/oder verklebt und/oder mittels
Falztech nik fest miteinander verbunden werden, so dass die geforderte
hohe Steifigkeit ebenfalls gewährleistet
ist. Walzprofile können
beispielsweise entlang ihrer Längsachse
gebördelt
oder geschweißt sein
und dadurch die erforderliche Steifigkeit erhalten.
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Gemäß 1b ist
ein derartiger Verstärkungsträger 2 gezeigt,
welcher hier ein einseitig offenes, insbesondere im wesentlichen
U-förmiges
Querschnittsprofil aufweist. Das gezeigte Querschnittsprofil gemäß 1b stellt
dabei lediglich eine Ausführungsvariante
dar und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit, so dass auch andere
Querschnittsprofile von der Erfindung umschlossen sein sollen. Deutlich
erkennbar sind gemäß 1b die
Ausstanzungen 3 am Verstärkungsträger 2, welche hier
langlochförmig
ausgebildet sind. Die Ausstanzungen 3 sind dabei vorzugsweise
so angeordnet, dass der Verstärkungsträger 2 den
Hohlträger 1 nur
an denjenigen Stellen verstärkt,
an welchen der Hohlträger 1 aufgrund äußerer Belastungen,
wie beispielsweise Momenten- und/oder Querkräfte, eine Verstärkung benötigt. An
Stellen geringer Belastung reicht das Hohlprofil des Hohlträgers 1 zur
Aufnahme der Belastung auf, so dass in diesen Bereichen die Ausstanzungen 3 am
Verstärkungsträger 2 angeordnet
sind. Die Ausstanzungen 3 bewirken dabei eine Reduzierung
des Gewichts des Verstärkungsträgers 2 und tragen
damit zu einer Reduzierung des Gesamtgewichts des Kraftfahrzeuges
und somit zur Energieeinsparung bei.
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Zur
Herstellung des Hohlträgers 1 wird
der Verstärkungsträger 2 axial
in den Hohlträger 1 eingeschoben
und in eingeschobenem Zustand fest mit dem Hohlträger 1 verbunden.
Denkbar ist hierbei, dass bei einem Verstärkungsträger 2 mit einem einseitig
offenen Querschnittsprofil dieses zunächst etwas zusammengedrückt wird
und der Verstärkungsträger 2 im
zusammen gedrückten
Zustand in den Hohlträger 1 eingeführt wird.
Ist die gewünschte
Position innerhalb des Hohlträgers 1 eingenommen, wird
der Verstärkungsträger 2 entspannt,
worauf hin sich dieser radial gegen den umgebenden Hohlträger 1 stemmt.
Je nach Verspannkraft, bzw. Anordnung von zusätzlichen Haltesicken, kann
hierdurch der Verstärkungsträger 2 zuverlässig und
fest innerhalb des Hohlträgers 1 gehaltert
werden, wobei auch denkbar ist, dass der Verstärkungsträger 2 zusätzlich oder
alternativ zur Verspannung mit dem Hohlträger 1 verbunden, beispielweise
verschweißt
wird.
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Um
eine hohe Steifigkeit des Verstärkungsträgers 2 zu
ermöglichen,
ist eine Wandstärke
desselben vorzugsweise größer als
eine Wandstärke des
Hohlträgers 1.
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Entsprechend 2 weist
der Verstärkungsträger 2 an
seiner Innenseite 4 zumindest eine Schweißmutter 5 und/oder
zumindest eine Stanzeinpressmutter 5' auf, welche fest mit dem Verstärkungsträger 2 verbunden
sind und dadurch beispielsweise ein drehfestes Gewinde zur Aufnahme
einer Schraube bilden. Der den Verstärkungsträger 2 umgebende Hohlträger 1 weist
zumindest eine Öffnung 6 auf,
welche mit der zumindest einen Schweißmutter 5 bzw. Stanzeinpressmutter 5 des
Verstärkungsträgers 2 fluchtet,
so dass Anbauelemente 9 über eine Schraube am Hohlträger 1 befestigt
werden können. Durch
die bereits befestigten Muttern 5, 5' wird die Montage
zusätzlicher
Anbauelemente 9 erheblich vereinfacht und zum anderen prozesssicher
gestaltet, da sowohl die Schweißmuttern 5 als
auch die Stanzeinpressmuttern 5' im Unterschied zu nachträglich angeordneten
Blindnietmuttern mit hoher Genauigkeit an die richtige Stelle unlösbar gesetzt
werden können.
Das Anbringen von Anbauelementen 9 erfordert somit nur
noch das einfache Eindrehen der Schraube in die Muttern 5, 5' und kein aufwendiges und
damit teures Herstellen einer Verbindung, beispielsweise durch ein
innenseitiges Gegenhalten einer nachträglich eingebrachten Mutter.
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Zusammenfassend
lassen sich die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung wie folgt
charakterisieren.
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Die
Erfindung sieht vor, bei einem Hohlträger 1 mit einem fest
daran angeordneten und dazu im wesentlichen koaxialen Verstärkungsträger 2,
diesen mit gewichtsreduzierenden Ausstanzungen 3 zu versehen
und zumindest teilweise flächig
am Hohlträger 1 anliegend
innerhalb diesem anzuordnen. Darüber hinaus
sind an der Innenseite 4 des Verstärkungsträgers 2 beispielsweise
Schweißmuttern 5 angeordnet, welche
eine drehfeste Gegenhalterung für
Schrauben darstellen, die durch Öffnungen 6 am
Hohlträger 1 eingedreht
werden und Anbauelemente 9, wie beispielsweise Konsolen,
Halter und/oder Aggregate, fest mit dem Hohlträger 1 verbinden.
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Die
Ausstanzungen 3 reduzieren das Gewicht des Verstärkungsträgers 2,
ohne die Verstärkungswirkung
des Verstärkungsträgers 2,
beispielsweise hinsichtlich Normal- und Querkräften bzw. Momenten, wesentlich
herabzusetzen. Gleichzeitig wird durch die bereits befestigten Muttern 5, 5' die Montage
der Anbauelemente 9 vereinfacht und prozesssicher gestaltet.