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Die
Erfindung betrifft eine Bodengruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie,
mit einem Bodenmittelteil und einem Hinterwagen.
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Die
Bodengruppe der Fahrzeugstruktur lässt sich bekanntermaßen in die
Grundmodule Strukturträger
vorn, Bodenmittelteil und Strukturträger hinten einteilen. Diese
Module stellen relativ große
Baugruppen dar und werden herkömmlich
in einer so genannten Stahl-Schalenbauweise
ausgebildet, wobei eine Mehrzahl von offenen oder geschlossenen
Hohlprofilen in Form von Längs-
und Querträgern
untereinander verschweißt
und/oder vermittels an sich bekannter mechanischer Befestigungsmittel
zu besagten Modulen verbunden werden. Aufgrund der hohen Bauteileanzahl
inklusive der erforderlichen Befestigungselemente sind erhebliche
Fertigungskosten zu verzeichnen, die obendrein mit einem hohen Gewicht der
einzelnen Module einhergehen.
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Um
diesem hohen Gewicht sowie den hohen Fertigungskosten zu begegnen,
werden u. a. mit der
EP
0 900 716 A1 so genannte Gussknoten aus Leichtmetall, wie
Aluminium oder Magnesium, oder aus Kunststoff vorgeschlagen, die
ihrerseits vermittels Leichtmetall-Strangprofilen und/oder Kunststoffprofilen über angeformte
Anschlussteile zu einer Tragstruktur verbunden werden.
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Ungeachtet
dessen ist es im Rahmen der Endmontage eines Kraftfahrzeugs erforderlich,
einzelne Tragstrukturen respektive Module beispielsweise zu einer
Bodengruppe miteinander zu verbinden. Dabei ist zu beachten, dass
die Verbindungs- bzw. Fügestellen
zwischen den einzelnen Modulen entscheidend für die Steifigkeitskennwerte
des Gesamtfahrzeugs sind. Die Verbindungs-/Fügestellen müssen dabei lastgerecht ausgelegt
werden, um die Übertragung
von etwaigen Crashlasten in das Nachbarmodul zu gewährleisten.
Des Weiteren sollten die Verbindungs-/Fügestellen zwischen den Baugruppen ein
ausreichendes Potential zum Toleranzausgleich aufweisen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demnach, eine Bodengruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie,
mit einem Bodenmittelteil und einem Hinterwagen zu schaffen, die
zum einen einfach und kostengünstig herstellbar
ist und zum anderen den hohen Steifigkeits- und Festigkeitsanforderungen
insbesondere im Hinblick auf einen Heck- und/oder Seitencrash gerecht
wird. Fernerhin soll ein ausreichendes Potential zum Toleranzausgleich
gegeben sein.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs
1 dadurch gelöst,
dass das Bodenmittelteil aus einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter und
weitestgehend in Fahrzeuglängsrichtung
weisender Bodenprofile gebildet ist, die ihrerseits karosserieaußenseitig
durch je ein Schwellerprofil begrenzt sind und der Hinterwagen als
integrales Gussbauteil ausgebildet oder aus einer Mehrzahl von einzelnen
Gussbauteilen komplettiert ist, wobei das Bodenmittelteil und der
Hinterwagen sowohl form- als auch stoffschlüssig miteinander fest verbunden
sind. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Bodenprofile
und Schwellerprofile des Bodenmittelteils als im Querschnitt geschlossene
Hohlprofile, vorzugsweise Stranggussprofile ausgebildet. Sofern
ein als integrales Gussbauteil ausgebildeter Hinterwagen vorgesehen
ist, ist dieser durch einen sich weitestgehend über die gesamte Fahrzeugbreite
erstreckenden Strukturkörper
gebildet, der zumindest zwei Hauptlängslastpfade und einen vorderen
und einen hinteren Querlastpfad realisierende Strukturen aufweist.
Demgegenüber
umfassen die einzelnen zu einem Hinterwagen komplettierten Gussbauteile
zumindest zwei Hauptlängsträger sowie
einen vorderen und einen hinteren Querträger, wobei vorderer und hinterer
Querträger
die Hauptlängsträger in Fahrzeugquerrichtung
miteinander verbinden. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung
weisen die Hauptlängslastpfade/Hauptlängsträger des
Hinterwagens zur formschlüssigen
Anbindung derselben an das Bodenmittelteil stirnseitig eine oder
mehrere flächige Aufnahmestrukturen
auf, die ihrerseits zumindest an dem korrespondierenden Schwellerprofil
des Bodenmittelteils festlegbar sind. Insoweit ist auch vorgesehen,
dass die Verbindungsabschnitte zwischen dem Hauptlängslastpfad/Hauptlängsträger und
zumindest dem Schwellerprofil des Bodenmittelteils, die im Hinblick
auf einen Heckcrash und/oder einen Seitencrash infolge der jeweiligen
Krafteinwirkung auf Druck belastet sind, durch Klebung miteinander
verbunden sind und Verbindungsabschnitte zwischen dem Hauptlängslastpfad/Hauptlängsträger und
zumindest dem Schwellerprofil des Bodenmittelteils, die im Hinblick
auf einen Heckcrash und/oder einen Seitencrash infolge der jeweiligen
Krafteinwirkung auf Zug belastet sind, durch Schweißung miteinander
verbunden sind. Wie die Erfindung weiter vorsieht, weist die den
vorderen Querlastpfad realisierende Struktur oder der vordere Querträger einen
Flächenabschnitt mit
Erhöhungen
und Vertiefungen auf, wobei das Bodenmittelteil, sich an besagtem
Flächenabschnitt
abstützend,
im Bereich der gebildeten Erhöhungen durch
Schweißung
und/oder im Bereich der Vertiefungen durch Klebung mit dem Querlastpfad/Querträger fest
verbunden ist. Schließlich
ist vorgesehen, dass das Bodenmittelteil und der Hinterwagen aus Leichtmetall,
vorzugsweise aus Aluminium oder Magnesium bestehen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen schematisch
dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße Bodengruppe, mit
einem Bodenmittelteil und einem Hinterwagen in einer perspektivischen
Ansicht,
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2 der
Hinterwagen in einer perspektivischen Alleindarstellung von vorne
links oben gesehen,
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3 die
Ansicht "A" nach 1,
und
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4 die
perspektivische Detaildarstellung des Anbindungsbereiches zwischen
Bodenmittelteil und vorderem Querlastphad/Querträger des Hinterwagens.
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Die 1 zeigt äußerst schematisch
den hinteren Bereich der Bodengruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie,
bestehend aus einem Bodenmittelteil 1 und einem Hinterwagen 2.
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Danach
ist das Bodenmittelteil 1 durch eine Mehrzahl nebeneinander
angeordneter und weitestgehend in Fahrzeuglängsrichtung weisender Bodenprofile 3 gebildet,
die ihrerseits karosserieaußenseitig
durch je ein Schwellerprofil 4 begrenzt sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform sind
sowohl die Bodenprofile 3 als auch die Schwellerprofile 4 als
im Querschnitt geschlossene Hohlprofile ausgebildet und vorzugsweise
durch Klebung miteinander fest verbunden. Selbstverständlich sind auch
andere Fügeverfahren,
wie Schweißung, und/oder
mechanische Befestigungsmittel denkbar.
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Durch
diese Maßnahme
wird insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung
ein sehr steifer Verbund geschaffen, der sich besonders vorteilhaft
auf die Gesamtsteifigkeit der Kraftfahrzeugkarosserie auswirkt.
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Besagte
Hohlprofile lassen sich des Weiteren äußerst einfach und kostengünstig aus
Stranggussprofilen herstellen, wobei im Hinblick auf eine angestrebte
Leichtbauweise sich Leichtmetalle, wie Aluminium oder Magnesium
bzw. geeignete Legierungen unter Verwendung dieser Werkstoffe, besonders
anbieten.
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Was
den Hinterwagen 2 anbelangt, kann dieser zum einen als
integrales Gussbauteil ausgebildet sein, welches sozusagen einen
sich über
die gesamte Fahrzeugbreite erstreckenden Strukturkörper mit zumindest
zwei so genannte Hauptlängslastpfade 5, 6 und
zwei, die Hauptlängslastpfade
in Fahrzeugquerrichtung miteinander verbindende Querlastpfade 7, 8,
vorliegend einen vorderen und einen hinteren Querlastpfad 7, 8 realisierende
Strukturen umfasst.
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Auch
hier wird in Durchsetzung der angestrebten Leichbauweise Leichtmetallguss
favorisiert, wobei an sich bekannte Gießverfahren, wie beispielsweise
Druckgussverfahren, zur Anwendung kommen können.
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Im
Kraftfahrzeugbau findet zwar herkömmlich eine Einteilung der
Fahrzeugstruktur in Längs- und Querträger statt.
Diese Nomenklatur ist jedoch nur sinnvoll, wenn es sich um die Beschreibung
der in Schalen- oder Rahmenbauweise verwendeten Träger als
einzelne Bauteile handelt. Da diese herkömmlichen Träger nunmehr vollständig durch
den als integrales Gussbauteil ausgebildeten Strukturkörper abgebildet
sind, wird vorstehend die Bezeichnung "Lastpfade" verwendet, um eine klare Abgrenzung
zu den mehrteiligen Bauweisen sicherzustellen.
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Wie
vorstehend angedeutet, können
zum anderen auch eine Mehrzahl von einzelnen Gussbauteilen zu besagtem
Hinterwagen 2 komplettiert sein, wobei zumindest zwei Hauptlängsträger 5, 6 vermittels
zumindest eines vorderen und eines hinteren Querträgers 7, 8 in
Fahrzeugquerrichtung miteinander verbunden sind.
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Nachfolgend
werden demgemäß die Begriffe Hauptlängslastpfade
und Hauptlängsträger sowie
die Begriffe vorderer und hinterer Querlastpfad und vorderer und
hinterer Querträger
gleichbedeutend verwendet und demgemäß mit dem gleichen Bezugszeichen 5, 6 bzw. 7, 8 versehen.
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Wie
den 1 und 2 weiter zu entnehmen ist, sind
vorliegend die beiden Querlastpfade bzw. Querträger 7, 8 vermittels
zweier so genannter Hilfs-Längslastpfade/Hilfs-längsträger 9, 10 miteinander
fest verbunden, wodurch eine verbesserte Versteifung des Hinterwagens 2 erzielt
ist und ferner Abstützungen 11 für diverse
Anbauteile des Fahrwerks geschaffen sind.
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Gemäß 2 weisen
die Hauptlängslastpfade/Hauptlängsträger 5, 6 des
Hinterwagens 2 stirnseitig flächige Aufnahmestrukturen 12, 13 auf,
die ihrerseits geeignet sind, das Bodenmittelteil 1 formschlüssig aufzunehmen.
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Vorliegend
sind je Hauptlängslastpfad/Hauptlängsträger 5, 6 eine
Aufnahmestruktur 12 in Form einer geschlossenen Stirnfläche sowie
sich in Fahrzeuglängsrichtung
erstreckende Aufnahmestrukturen 13 vorgesehen, die ihrerseits
oberhalb und innenseitig des jeweiligen Hauptlängslastpfades/Hauptlängsträgers 5, 6 derart
angeordnet und ausgebildet sind, dass das Bodenmittelteil 1 während der
Montage gegen die geschlossenen Stirnflächen (Aufnahmestrukturen 12)
der Hauptlängslastpfade/Hauptlängsträger 5, 6 gesetzt
und die Aufnahmestrukturen 13 zumindest an dem jeweils
korrespondierenden Schwellerprofil 4 stoffschlüssig festgelegt
werden können.
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Gesetzt
den Fall, es ist, wie in 3 gezeigt, ein Heckcrash (Kraft "FHC") zu verzeichnen,
so erfolgt zunächst
die Übertragung
der Längslasten über einen
Formschluss der Bauteile, vorliegend durch einen Formschluss der
Hauptlängslastpfade/Hauptlängsträger 5, 6 mit
den Schwellerprofilen 4, die ihrerseits auf Stoß an den
Hauptlängslastpfaden/Hauptlängsträgern 5, 6 anliegen
und nach oben und innen (2) vermittels der Aufnahmestrukturen 13 abgestützt sind.
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Des
Weiteren ist infolge des Heckcrashes (Kraft "FHC") eine Momentenbelastung "M" der benachbarten Bauteile des Bodenmittelteils 1 und
des Hinterwagens 2 zu verzeichnen, die ihrerseits eine lastgerechte
Verbindung derselben erfordert.
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In
umfangreichen Versuchen wurde nunmehr gefunden, dass Verbindungsabschnitte 14a zwischen
einem jeden Hauptlängslastpfad/Hauptlängsträger 5, 6 und
zumindest dem Schwellerprofil 4 des Bodenmittelteils 1 die
im Hinblick auf einen Heckcrash infolge der jeweiligen Krafteinwirkung
auf Druck belastet sind, einfach und kostengünstig durch Klebung 15 miteinander
verbunden werden können. Ein
derartiger Verbindungsabschnitt 14a ist gem. 2 durch
die oben liegende und in Fahrzeuglängsrichtung weisende flächige Aufnahmestruktur 13 des
Hauptlängslastpfades/Hauptlängsträgers 5, 6 realisiert,
die demgemäß durch
Klebung 15 an der Außenkontur
des Schwellerprofils 4 festlegbar ist.
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Demgegenüber hat
es sich als erforderlich erweisen, Verbindungsabschnitte 16a zwischen
einem jeden Hauptlängslastpfad/Hauptlängsträger 5, 6 und
zumindest dem Schwellerprofil 4 des Bodenmittelteils 1 die
im Hinblick auf besagten Heckcrash auf Zug belastet sind, durch
Schweißung 17 miteinander zu
verbinden. Eine solche Schweißverbindung
ist vorliegend im unteren Anbindungsbereich des Schwellerprofils 4 an
den jeweils korrespondierenden Hauptlängslastpfad/Hauptlängsträger 5, 6 vorgesehen
(2 und 3).
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Um
auch im Falle eines Seitencrashes (Kraft "FSC") eine lastgerechte
Verbindung des jeweiligen Hauptlängslastpfades/Hauptlängsträgers 5, 6 mit
zumindest dem Schwellerprofil 4 gewährleisten zu können, ist
aufgrund der einwirkenden Momentenbelastung "M" außenseitig
des Hauptlängslastpfades/Hauptlängsträgers 5, 6 ein
auf Zug beanspruchter Verbindungsabschnitt 16b zu verzeichnen,
der demgemäß ebenfalls
durch Schweißung 17 realisiert ist.
Die innenseitig des Hauptlängslastpfades/Hauptlängsträgers 5, 6 angeordnete
und in Fahrzeuglängsrichtung
weisende flächige
Aufnahmestruktur 13 kann demgegenüber durch Klebung 15 an
der Außenkontur
des Schwellerprofils 4 festgelegt werden, da dieser Verbindungsabschnitt 14b lediglich
auf Druck beansprucht wird (1 und 2).
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Durch
die lastgerechte Auslegung der Verbindungsabschnitte 14a,
b, 16a, b respektive Fügestellen
ist eine wirkungsvolle und definierte Übertragung von Crashlasten
in das benachbarte Modul (Bodenmittelteil 1, Hinterwagen 2)
gewährleistet,
indem die jeweils erzeugte Schweißnaht wie ein Festlager wirkt
und dadurch die gegenüberliegende
Klebnaht auf Druck belastet wird. Das an sich bekannte Problem der
Schälung
der Klebnaht bei ungünstiger
Beanspruchung derselben tritt durch vorstehende Maßnahmen
nicht auf. Ferner ist durch besagte Schweiß- und Klebnaht ein hinreichendes
Potential zum Toleranzausgleich gegeben, welches sich vorteilhaft
auf die Fertigungskosten auswirkt.
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Wie
insbesondere aus den 1 und 4 ersichtlich,
stützen
sich die Bodenprofile 3 des Bodenmittelteils 1 u.
a. an der den vorderen Querlastpfad 7 realisierenden Struktur
bzw. am vorderen Querträger 7 des
Hinterwagens 2 ab und sind mit diesem fest verbunden.
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Besagter
Querlastpfad/Querträger 7 ist
vorliegend durch ein Winkelprofil gebildet, wobei ein horizontaler
Steg desselben einen Flächenabschnitt 18 mit
Erhöhungen 19 und
Vertiefungen 20 aufweist. Besagter Flächenabschnitt 18 ist
sozusagen wellen- bzw. sickenförmig
ausgebildet, wodurch zum einen eine erhöhte Eigensteifigkeit des Querlastpfades/Querträgers 7 erzielbar
und die Wandstärke
desselben in Grenzen reduzierbar ist.
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Zum
anderen sind durch diese Maßnahme Anlageflächen geschaffen,
die in besonders vorteilhafter Weise eine gegebenenfalls gewünschte Kombination
aus Klebung 15 und Schweißung 17 gestatten.
Insofern wird es als zweckmäßig erachtet,
dass zunächst
in die Vertiefungen 20 Klebstoff eingebracht wird und nachfolgend
die Bodenprofile 3 an die Erhöhungen 19 vermittels
an sich bekannter Werkzeuge angepresst (Anpresskraft "P") und durch Schweißung, vorzugsweise Punktschweißung, mit
denselben fest verbunden werden.
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Wird
ein thermisch aushärtender
Klebstoff verwendet, kann der durch die Schweißung 17 bewirkte Wärmeeintrag
zur Aktivierung des Aushärtprozesses
desselben dienen.
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Die
Schweißung 17 dient
somit in erster Linie zur Bereitstellung einer Anfangsfestigkeit
des zu erzielenden Verbundes in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung)
und gewährleistet
ein planes Anliegen der Bodenprofile 3 an besagte Erhöhungen 19 des Flächenabschnittes 18.
Durch diese Maßnahme
wird des Weiteren wirkungsvoll ein etwaiges Durchbiegen der Bodenprofile 3 insbesondere
in Fahrzeuglängsrichtung
vermieden. Ferner ist im Bereich der Vertiefungen 20 eine
definierte bzw. konstante Klebstoffdicke zu verzeichnen, wodurch
insbesondere nachteilige Festigkeitsunterschiede der Fügestellen
vermieden sind.
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Wie
den 1 und 4 weiter zu entnehmen ist, sind
die Bodenprofile 4 von unten gegen den horizontaler Steg
des als Winkelprofil ausgebildeten vorderen Querlastpfades/Querträgers 7 gesetzt.
Jedoch kann es auch angezeigt sein und wird durch die Erfindung
mit erfasst, besagte Bodenprofile 4 von oben auf den Querlastpfad/Querträger 7 aufzusetzen und
mit diesem fest zu verbinden.
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- 1
- Bodenmittelteil
- 2
- Hinterwagen
- 3
- Bodenprofil
- 4
- Schwellerprofil
- 5
- Hauptlängslastpfad/Hauptlängsträger
- 6
- Hauptlängslastpfad/Hauptlängsträger
- 7
- vorderer
Querlastpfad/Querträger
- 8
- hinterer
Querlastpfad/Querträger
- 9
- Hilfs-Längslastpfad/Hilfs-Längsträger
- 10
- Hilfs-Längslastpfad/Hilfs-Längsträger
- 11
- Abstützungen
- 12
- Aufnahmestruktur
- 13
- Aufnahmestruktur
- 14a,
b
- Verbindungsabschnitt
(Druck)
- 15
- Klebung
- 16a,
b
- Verbindungsabschnitt
(Zug)
- 17
- Schweißung
- 18
- Flächenabschnitt
- 19
- Erhöhungen
- 20
- Vertiefungen