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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tragstruktur eines Endbereiches
einer Fahrzeugkarosserie.
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Obwohl
auf beliebige Fahrzeuge und Fahrzeugbereiche anwendbar, werden die
vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik
in Bezug auf ein Personenkraftfahrzeug und insbesondere auf einen
Endbereich eines Personenkraftfahrzeuges näher erläutert.
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Derartige
Tragstrukturen sind im modernen Kraftfahrzeugbau hinlänglich bekannt
und umfassen im Wesentlichen Anordnungen von Längsträgern und Querträgern, die
einerseits die erforderliche Steifigkeit und Festigkeit der Fahrzeugkarosserie
sicherstellen und andererseits bei einem Fahrzeugaufprall durch
Deformationen Aufprallenergie aufnehmen. Üblicherweise werden sowohl
in Frontbereichen als auch in Heckbereichen Querträger verwendet,
die jeweils in Seitenbereichen mit den zum Fahrzeugäußeren hin
gerichteten Enden von Längsträgern verbunden
sind.
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Beispielsweise
sind Tragstrukturen für
einen Endbereich eines Fahrzeugs bekannt, die für den Fall einer Kollision
zur Aufnahme von Aufprallenergie Solldeformations- oder Energieabsorptionskörper aufweisen.
In der
DE 199 11 832
C2 ist eine Tragstruktur mit einem als Mehrbalkenstruktur
ausgeführten
Querträger
und Längsträgern beschrieben, bei
der der Querträger
jeweils an seinen Enden mit den Enden der Längsträger oder den Enden der bevorzugt
als Kotflügelbank
ausgeführten
oberen Längsträger lösbar zumindest
mittelbar angeordnet ist. Dabei kann der Querträger über Solldeformationskörper an
den Längsträgern angebunden
sein, die bei Bagatellunfällen
verformt werden.
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Ferner
ist in der
P 21 67 305 ein
Endbereich für
eine Fahrzeugkarosserie beschrieben, der aus zum Teil gelenkig zu
Trägervierecken
miteinander verbundenen Trägern
gebildet ist, wobei jeweils die Gelenkverbindung eines oberen Trägers mit
einem inneren Träger
in einer an diesem ausgebildeten Laufschieber verschiebbar angeordnet
ist. Im normalen Zustand umfassen die Trägervierecke ein großes Volumen.
Bei einem Aufprall hingegen verändern diese
ihre Gestalt, wobei der obere und der innere Träger unter der Aufnahme von
Aufprallenergie auf die Fahrgastzelle verschoben werden und eine
Rampenstruktur bilden, an der ein aufprallendes Fahrzeug abgeleitet
wird.
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Aus
der Druckschrift WO 92/18369 ist eine Tragstruktur für eine Karosserie
eines Personenkraftwagens bekannt, welche einen Schweller, ein sich nach
hinten anschließendes
Radhaus und wenigstens einen Pfosten sowie einen Radhausträger aufweist.
Der Radhausträger
läuft flach
in den Schweller vor dem hinteren Schwellenende mit einem ersten Trägerbereich
ein. Ein anschließender
Trägerbereich biegt
mit einem Bogen in eine eher senkrechte Richtung nach oben ab und
bildet in diesem Bereich die Begrenzung zum Radhaus.
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Bei
den vorbeschriebenen Lösungen
wird eine Aufnahme von Aufprallenergie und eine Steifigkeit der
Karosserie lediglich durch Vorsehen jeweils eines unabhängigen Lastpfades
in einer vorbestimmten Richtung gewährleistet. Dadurch sind die
eingesetzten Säulen
bzw. Träger
in ihrer Profilausgestaltung beschränkt, da sie diesen hohen Anforderungen der
Steifigkeit und der Energieaufnahme gerecht werden müssen.
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Somit
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Tragstruktur
eines Endbereiches einer Fahrzeugkarosserie zu schaffen, welche die
vorgenanten Nachteile beseitigt und auf einfache und kostengünstige Weise
das Deformationsverhalten und die Steifigkeit des Endbereiches verbessert, obwohl
gleichzeitig die Anforderungen an die einzelnen Träger bzw.
Säulen
verringert werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Tragstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
dass die Tragstruktur einen ersten Querträger, welcher in den Seitenbereichen mit
ersten Heckverstärkungsträgern verbunden
ist, die jeweils zum Bilden eines ersten Lastpfades mit zugeordneten
oberen Längselementen
gekoppelt sind; und einen zweiten Querträger aufweist, welcher in den
Seitenbereichen zweite Heckverstärkungsträger aufweist,
die jeweils zum Bilden eines zweiten von dem ersten Lastpfad unabhängigen Lastpfades ebenfalls
mit den zugeordneten oberen Längselementen
gekoppelt sind.
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Somit
weist die vorliegende Erfindung gegenüber den bekannten Ansätzen gemäß dem Stand der
Technik den Vorteil auf, dass zwei voneinander unabhängige Lastpfade
im Hinterwagenbereich einer Fahrzeugkarosserie auf einfache und
kostengünstige Weise
gebildet werden, sodass bei einem etwaigen Aufprall die Belastungen
vorteilhaft verteilt werden. Dadurch können die einzelnen Träger der
jeweiligen Lastpfade mit vorteilhaften Profilausgestaltungen ausgebildet
werden, da sie lediglich den reduzierten Belastungen standhalten
müssen.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der
im Anspruch 1 angegebenen Tragstruktur.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung weisen die dem ersten Querträger zugeordneten
ersten Heckverstärkungsträger und
die dem zweiten Querträger
zugeordneten zweiten Heckverstärkungsträger derart
unterschiedliche Profilausgestaltungen auf, dass der erste Lastpfad
und der zweite Lastpfad unterschiedliche Hauptversteifungsrichtungen
besitzen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung verlaufen der erste Querträger und
der zweite Querträger
parallel und benachbart zueinander. Beispielsweise ist der erste
Querträger
unterhalb des zweiten Querträgers
angeordnet und weist in seinen Seitenbereichen Pralltöpfe auf,
die wiederum mit den dem ersten Querträger zugeordneten ersten Heckverstärkungsträgern verbunden
sind. Dadurch können
bei einem etwaigen Heckcrash die Aufprallkräfte durch die Pralltöpfe aufgenommen
und über
die zugeordneten ersten Heckverstärkungsträger auf die gemeinsamen oberen
Längselemente
aufgrund des geschlossenen Lastpfades aufgenommen und übertragen
werden.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
verlaufen die dem ersten Querträger zugeordneten
ersten Heckverstärkungsträger von den
Pralltöpfen
in etwa direkt in Richtung der zugeordneten hinteren Dachträgerelemente
bzw. der oberen Längselemente,
wobei die dem zweiten Längsträger zugeordneten
zweiten Heckverstärkungsträger vorzugsweise
in Richtung der Fahrzeugaußenseiten
gekrümmt
in die zugeordneten hinteren Dachträgerelemente bzw. oberen Längselemente
einmünden.
Dabei können
die oberen Längselemente
beispielsweise als seitliche Verbindungslängselemente ausgebildet sein,
die vorteilhaft oberhalb des Radgehäuses vorgesehen sind. Dadurch
wird eine Struktur geschaffen, die zwei völlig voneinander unabhängige Lastpfade
gewährleistet
und Tragstruktur- bzw. Karosseriesteifigkeiten in unterschiedlichen
Hauptrichtungen bei unterschiedlicher Profilausgestaltung gewährleistet.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung versteift der erste Lastpfad
aufgrund der Profilausgestaltung der zugeordneten ersten Heckverstärkungsträger die
Tragstruktur im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung, wobei beispielsweise
der zweite Lastpfad aufgrund seiner Profilausgestaltung der zugeordneten
zweiten Heckverstärkungsträger die
Tragstruktur im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung versteift. Dadurch
sind die Fahrzeugquerrichtung als auch die Fahrzeuglängsrichtung,
welche die häufigsten
Unfall- bzw. Aufprallrichtungen darstellen, durch die zwei unabhängigen Lastpfade
unabhängig
voneinander versteift. Dadurch ergibt sich insgesamt eine verbesserte
Gesamtsteifigkeit der Tragstruktur.
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Vorteilhaft
sind der erste Querträger
und der zweite Querträger
jeweils mit seitlichen Bodenlängsträgern verbunden.
Dadurch kann die durch die Querträger aufgenommene Aufprallenergie
zusätzlich über die
Bodenlängsträger und
somit über
einen zusätzlichen
parallel verlaufenden Lastpfad für
eine Entlastung der einzelnen Träger
aufgenommen werden.
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Vorzugsweise
sind die ersten und zweiten Querträger und/oder die ersten und
zweiten Heckverstärkungsträger jeweils
als Hohlprofile ausgebildet, beispielsweise als rechteckiges Hohlprofil,
und mittels eines Strangpressverfahrens oder dergleichen aus vorzugsweise
Aluminium, Stahl, etc. hergestellt. Dadurch können bereits auf einfache Weise
bei der Herstellung der einzelnen Profilausgestaltungen der Träger vorbestimmte
Hauptflächenträgheitsmomente derart
geschaffen werden, dass vorbestimmte Hauptversteifungsrichtungen
durch die einzelnen Profilausgestaltungen gewährleistet werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert. Von den Figuren zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Tragstruktur gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Vorderansicht der Tragstruktur aus 1;
und
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3 eine
Querschnittsansicht der Tragstruktur aus 2 entlang
der Schnittlinie A-A in 2.
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In
den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben
ist.
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Wie
in den 1 und 2 ersichtlich ist, weist die
Tragstruktur gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
einen ersten Querträger 1 auf,
welcher zwischen zwei Bodenlängsträgern 2 angeordnet ist
und vorzugsweise an beiden Seitenbereichen jeweils einen Pralltopf 3 umfasst.
Die Pralltöpfe 3 dienen
jeweils einer Aufnahme einer Aufprallenergie bei einem etwaigen
Heckcrash und sind wiederum, beispielsweise mittels Schweißverbindungen
oder dergleichen, mit seitlich zugeordneten ersten Heckverstärkungsträgern 4 verbunden.
Die dem ersten Querträger 1 zugeordneten
ersten Heckverstärkungsträger 4,
wie in den 1 und 2 ersichtlich
ist, verlaufen vorzugsweise direkt von den jeweils zugeordneten
Pralltöpfen 3 in
Richtung eines jeweils zugeordneten oberen Verbindungs längselementes 6 bzw. in
Richtung der zugeordneten hinteren Dachträgerelemente 9.
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Ferner
umfasst die Tragstruktur einen zweiten Querträger 7, welcher vorzugsweise
parallel zum ersten Querträger 1 und
direkt oberhalb des ersten Querträgers 1 angeordnet
ist. Der zweite Querträger 7 umfasst
zweite Heckverstärkungsträger 8 in
den Seitenbereichen desselben, wobei die zweiten Heckverstärkungsträger 8 mit
einer nach außen
hin gerichteten Krümmung
in die jeweils zugeordneten gemeinsamen oberen Verbindungslängselemente 6 einmünden bzw.
ebenfalls in Richtung der zugeordneten hinteren Dachträgerelemente 9 verlaufen.
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Die
beiden Querträger 1 und 2 sowie
die jeweils zugeordneten Heckverstärkungsträger 4 und 8 sind
vorzugsweise jeweils als Hohlprofile aus beispielsweise Aluminium
oder Stahl ausgebildet. Sie können
vorzugsweise mittels eines Strangpressverfahrens oder dergleichen
hergestellt werden.
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Die
einzelnen Profilausgestaltungen können beispielsweise rechteckige,
ovale oder andersartige Strukturen aufweisen. Durch das Entkoppeln
der beiden Lastpfade ist es durch unterschiedliche Profilausgestaltungen
möglich,
die beiden Lastpfade mit unterschiedlichen Hauptversteifungsrichtungen
auszubilden, sodass die einzelnen Träger bezüglich des Raumbedarfs günstiger
und daran angepasst ausgebildet werden können.
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3 illustriert
eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A aus 2.
Wie in 3 illustriert ist, weisen die dem ersten Querträger 1 zugeordneten
ersten Heckverstärkungsträger 4 beispielsweise
eine derart ausgebildete Profilausgestaltung auf, dass das Hauptflächenträgheitsmoment
um die Fahrzeuglängsachse
bzw. die X-Achse auftritt. Dadurch wird eine Karosseriesteifigkeit
im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung, das heißt in Y-Richtung, gewährleistet.
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Im
Unterschied dazu weisen die dem zweiten Querträger 7 zugeordneten
zweiten Heckverstärkungsträger 8 vorzugsweise
eine derartige Profilausgestaltung auf, dass sie ihr Hauptflächenträgheitsmoment
um die Fahrzeugquerachse, das heißt um die Y-Achse, besitzen. Dadurch wird eine Karosseriesteifigkeit
im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung,
d.h. in X-Richtung geschaffen.
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Somit
wird durch die vorliegende Erfindung eine Tragstruktur geschaffen,
welche zwei voneinander unabhängige
Lastpfade besitzt, wie in den 1 und 2 durch
die Pfeildarstellungen dargestellt ist. Die ausgefüllten Pfeile
stellen dabei den Kraftfluss entlang des ersten Lastpfades und die
nicht ausgefüllten
Pfeile den Kraftfluss entlang des zweiten Lastpfades dar. Aufgrund
der entsprechenden Anordnungen verlaufen die beiden Lastpfade in
etwa parallel zueinander und münden
jeweils unabhängig
voneinander in die gemeinsamen oberen Verbindungslängselemente 6 ein.
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Die
hinteren Trägerelemente 9 der
Dachrahmenstruktur, wie in 1 dargestellt
ist, sind vorzugsweise ebenfalls mit den gemeinsamen Verbindungslängselementen 6 verbunden,
sodass die aufgenommenen Aufprallenergien über die ersten und zweiten
Querträger 1 und 7 in
die Bodenlängsträger 2,
die oberen Verbindungslängselemente 6 und
die Trägerelemente 9 der
Dachrahmenstruktur eingeleitet werden. Dadurch können drei voneinander unabhängige Lastpfade
in Fahrzeuglängsrichtung
bewerkstelligt werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
vollständig
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
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Insbesondere
können
die Hauptflächenträgheitsmomente
anstatt um die X-Achse und Y-Achse auch um beliebige sich voneinander
unterscheidende Achsen ausgebildet werden. Dazu sind die einzelnen
Profilausgestaltungen sowie der Verlauf der einzelnen Heckverstärkungsträger entsprechend
auszuwählen.
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- 1
- erster
Querträger
- 2
- Bodenlängsträger
- 3
- Pralltöpfe
- 4
- erste
Heckverstärkungsträger
- 6
- Verbindungslängselemente/obere
Längselemente
- 7
- zweiter
Querträger
- 8
- zweite
Heckverstärkungsträger
- 9
- Dachträgerelemente