DE102006004045A1

DE102006004045A1 - Fahrzeugkarosserie mit einer Tragstruktur

Info

Publication number: DE102006004045A1
Application number: DE102006004045A
Authority: DE
Inventors: Hilmar Schulze; Bernd Erler
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-01-28
Filing date: 2006-01-28
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-01-29
Also published as: DE102006004045B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie mit einer Tragstruktur mit zwei sich auf gegenüberliegenden Fahrzeugseiten im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden karosserieseitigen Längsträgern (3), von denen sich jeder zur Ausbildung von unterschiedlichen Lastpfaden (II2, II2, II3) zu einer Fahrgastzelle (15) hin in mehrere Längsträgerarme (17, 19, 37) aufgabelt, wobei mittels eines ersten Trägerarms (17) die bei einer Fahrzeugkollision auf den Längsträger (3) wirkenden Aufprallkräfte in einen Schweller (23) der Fahrgastzelle (15) einleitbar sind. Erfindungsgemäß weist jeder Längsträger (3) einen zweiten Trägerarm (19) auf, der die auf den Längsträger (3) wirkenden Aufprallkräfte in Fahrzeuglängsrichtung über einen Abstand (A) zum ersten Trägerarm (17) versetzt in den Schweller (23) einleitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie mit einer Tragstruktur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Tragstrukturen von Fahrzeugkarosserien dienen dazu, die bei einer Fahrzeugkollision auf die Karosserie einwirkenden Aufprallkräfte in einen Bereich unterhalb oder hinter der Fahrgastzelle weiterzuleiten, um eine Deformation der Fahrgastzelle zu vermeiden. So ist z. B. aus der gattungsgemäßen DE 196 34 601 eine Tragstruktur für ein Fahrzeug bekannt, die zwei sich im Vorderwagenbereich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende karosserieseitige Längsträger aufweist. Jeder der Längsträger leitet über einen ersten Trägerarm die bei einer Fahrzeugkollision auf den Längsträger wirkenden Aufprallkräfte in einen zugeordneten Schweller ein.

Konkret weist jeder Längsträger einen Y-förmigen Seitenausleger auf, der mit seinem ersten Trägerarm mit dem zugeordneten Schweller verbunden ist. Mit seinem zweiten Trägerarm ist der Seitenausleger des Längsträgers mit einem karosseriebodenseitigen Längsträgerelement verbunden, der sich in etwa parallel zum Mitteltunnel bis zu einem Querträger erstreckt.

Dabei werden insbesondere bei einer Frontalkollision die auf die Längsträger wirkenden Aufprallkräfte einerseits unmittelbar in die Stirnseiten der Schweller eingeleitet, und andererseits ein kleinerer Teil der Aufprallkräfte in das zum Mitteltunnel benachbarte Längsträgerelement eingeleitet. Aufgrund dieser stirnseitig hohen Kraftbeaufschlagung der Schweller sind diese jeweils mit Verstärkungselementen ausgebildet, um deren Verformung zu vermeiden.

In gleicher Weise werden auch in der DE 101 57 837 A1 , der DE 3718 841 C2 , der EP 1 510 444 A1 , der EP 1 308 372 B1 und der EP 1 000 840 B1 die bei einer Frontalkollision auf die Längsträger wirkenden Kräfte stirnseitig in die jeweiligen Schweller eingeleitet. Aus der EP 0 979 192 B1 ist eine Tragstruktur bekannt, bei der sich jeder der Längsträger im Vorderwagenbereich in eine erste und eine zweite Strebe aufgabelt, wobei die erste Strebe mit der Stirnseite des Schwellers verbunden ist und die zweite Strebe sich zur Fahrzeugmitte erstreckt. Dagegen sind in der DE 102 32 841 A1 die im Vorderwagenbereich angeordneten Längsträger nicht an den Stirnseiten der jeweiligen Sehweller angebunden, sondern erstrecken sich die Längsträger im Fahrzeugboden schräg nach außen bis in Höhe des hinteren Bereiches der Fahrgastzelle in die unmittelbare Nähe des Schwellers in einen hinteren Bodenquerträger. Im Gegensatz zu den vorangegangenen Druckschriften ist daher die Kraftbeaufschlagung des Schwellers nicht an seiner Stirnseite besonders hoch, sondern in seinem hinteren Bereich, so dass auch hier keine vergleichmäßigte Krafteinleitung von den Längsträgern in die Schweller erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fahrzeugkarosserie mit einer Tragstruktur bereitzustellen, bei der die auf die Längsträger wirkenden Aufprallkräfte bei einer Fahrzeugkollision in gleichmäßiger Weise auf die Tragstruktur, etwa auf deren Schweller oder Mitteltunnel, verteilt werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist jeder Längsträger neben seinem ersten Trägerarm mit zumindest einem zweiten Trägerarm ausgebildet, der die auf den Längsträger wirkenden Aufprallkräfte in Fahrzeuglängsrichtung über einen Abstand zum ersten Trägerarm versetzt in den zugeordneten Schweller einleitet. Mit den beiden Trägerarmen des Längsträgers werden insbesondere bei einer Frontalkollision zwei Lastpfade bereitgestellt, über die die Aufprallkräfte vom Längsträger über zwei, in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Anbindungspunkte in den zugeordneten Schweller eingeleitet werden. Dadurch ist der jeweilige Schweller in gleichmäßiger Weise mit Kräften beaufschlagt, so dass eine Deformation des Schwellers bei einer Fahrzeugkollision vermieden wird, ohne dass hierzu zusätzliche Verstärkungselemente im Bereich der Anbindungspunkte der Trägerarme am Schweller notwendig sind.

Dabei ist es für eine effektive Krafteinleitung in den Schweller bevorzugt, wenn die entsprechenden Anbindungspunkte für den ersten und zweiten Trägerarm unmittelbar am Schweller oder an einem schwellernahen Strukturelement sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann sich der Anbindungspunkt für den ersten Trägerarm des Längsträgers im Bereich der Stirnseite des Schwellers bzw. der A-Säule befinden. Dadurch ist gewährleistet, dass der Schweller über seine gesamte Länge mit Kräften beaufschlagt werden kann. Der Anbindungspunkt für den zweiten Trägerarm des Längsträgers kann schwellernah an einem Bodenquerträger oder einem Strukturelement vorgesehen sein. Beispielsweise ist ein schwellernaher Anbindungspunkt mit dem Bodenquerträger oder dem Strukturelement gewährleistet, wenn dieser lediglich geringfügig in Fahrzeugquerrichtung vom Schweller beabstandet ist.

Der durch den Längsträger ausgebildete Lastpfad wird daher mittels des ersten und des zweiten Trägerarms und ggf. auch mittels des dritten Trägerarms in drei Unterlastpfade aufgeteilt, die über verschiedene Anbindungspunkte mit dem Schweller und dem Fußraumquerträger verbunden sind.

Damit die Aufprallkräfte weiter in den Hinterwagenbereich geleitet werden, kann der Fußraumquerträger an dem Mitteltunnel angebunden sein. Hierzu ist es von Vorteil, wenn der Fußraumquerträger zur Ausbildung eines Hohlprofils als ein flächiges Doppelblechteil ausgebildet ist. Dadurch ist einerseits ein verbesserter Fußraumschutz gewährleistet, während andererseits der Fußraumquerträger auch ausreichend stabil ausgebildet ist, um Aufprallkräfte vom Längsträger weiter zu dem Mitteltunnel zu übertragen.

Der oben genannte Längsträger kann als ein unterer Längsträger einen Lastpfad ausbilden, während die in der Karosserietragstruktur oberhalb des unteren Längsträgers vorgesehenen oberen Längsträger einen weiteren Lastpfad ausbilden können.

Um eine optimierte Krafteinleitung in den Schweller und den Mitteltunnel, d. h. in die Bodengruppe der Karosserie einzuleiten, ist es von Vorteil, wenn jeder der auf gegenüberliegenden Fahrzeugseiten im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung sich erstreckenden oberen Längsträger über die A-Säule in einem Knotenpunkt mit dem jeweiligen Schweller und dem jeweiligen unteren Längsträger zusammengeführt ist. In diesem Fall wird der in die Fahrzeugtür eingeleitete Teil der Aufprallenergie minimiert. Deformationen der Fahrzeugtür können somit bei einer Frontalkollision reduziert werden, wodurch die Fahrzeugkarosserie insbesondere für ein Cabriolet einsetzbar ist.

Üblicher Weise ist an dem unteren Längsträger ein Hilfsrahmen angebunden, der z. B. ein Antriebsaggregat des Fahrzeugs trägt. Hierbei ist es von Vorteil, wenn dessen seitliche Hilfsrahmen-Längsträgersich im Wesentlichen wie die unteren Längsträger und/oder die oberen Längsträger bis zur Fahrzeugfrontseite erstrecken und dadurch einen weiteren Lastpfad ausbilden. Damit hier die Aufprallkräfte effektiv in die Bodengruppe weitergeleitet werden, können die Hilfsrahmen-Längsträger an karosserieseitigen Streben angebunden sein, die vorzugsweise wiederum mit dem Mitteltunnel verbunden sind.

Zur Erhöhung der Stabilität des Karosseriebodens kann dieser hohlprofilartig mit einem Doppelblechteil ausgebildet sein. In dem Zwischenraum dieses Hohlprofils können die Strukturelemente der Tragstruktur angeordnet sein, etwa der zweite Längsträgerarm sowie Bodenquerträger und/oder die oben genannten Streben.

Bei einer Ausbildung der Fahrzeugkarosserie mit den unteren Längsträgern und den oberen Längsträgern sowie bei einer Anbindung des Hilfsrahmens an die Fahrzeugkarosserie können durch entsprechende Profilierung die unteren Längsträger einen Hauptlastpfad ausbilden, der im Kollisionsfall einen Großteil der auf das Fahrzeug wirkenden Aufprallkräfte weiterleitet. Dagegen können die oberen Längsträger durch entsprechende Profilierung als Nebenlastpfad ausgebildet werden, die lediglich einen geringen Kraftanteil in die Fahrzeugseitentür einleiten. Entsprechend können auch die Hilfsrahmen-Längsträger einen Nebenlastpfad ausbilden, die die verbleibenden Aufprallkräfte in den Karosserieboden weiterleiten. Eine solche Lastpfadverteilung überwiegend in den Karosserieboden ist insbesondere bei einem Einsatz der Fahrzeugkarosserie in einem Cabriolet vorteilig.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:
1 in einer Seitenansicht einen Vorderwagenbereich einer Fahrzeugkarosserie; und
2 in perspektivischer Teilansicht die rechte Seite des Vorderwagenbereiches der Fahrzeugkarosserie.
In der 1 ist eine Bodengruppe einer Fahrzeugkarosserie für ein Cabriolet im Vorderwagenbereich gezeigt. Die Tragstruktur der Fahrzeugkarosserie weist jeweils zwei sich auf gegenüberliegenden Fahrzeugseiten im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende obere Längsträger 1, untere Längsträger 3 sowie einen Hilfsrahmen 5 auf, der unterhalb des unteren Längsträgers 3 überein Tragelement 7 am unteren Längsträger 3 angebunden ist. Der Hilfsrahmen 5 erstreckt sich mit seinen Hilfsrahmenträgern 9 zusammen mit den oberen Längsträgern 1 und den unteren Längsträgern 3 bis zur Fahrzeugfrontseite 11.
Der obere Längsträger 1 ist dabei, wie in der 2 gezeigt ist, als Flachprofil mit kleinem Querschnitt ausgebildet und oberseitig an der A-Säule 13 angebunden. Demgegenüber ist der in den Figuren gezeigte untere Längsträger 3 fahrzeugfrontseitig mit einem großen Querschnitt ausgebildet. Der untere Längsträger 3 gabelt sich im Vorderwagenbereich zu einer Fahrgastzelle 15 hin in zwei Trägerarme 17 und 19 auf. Gemäß den Figuren ist der erste Trägerarm 17 in einem Knotenpunkt 21 mit dem jeweiligen Schweller 23 der Fahrgastzelle 15 und der A-Säule 13 zusammengeführt. Dabei ist der erste Trägerarm 17 gemäß der 2 an die Stirnseite des Schwellers 23 und der A-Säule 13 angebunden, während die A-Säule 13 auf dem Vorderende des Schwellers 23 befestigt ist.
Der zweite Trägerarm 19 des unteren Längsträgers 3 ist unterhalb des ersten Trägerarms 17 schräg in den Karosserieboden 25 geführt. Dieser besteht zur Ausbildung eines Hohlprofils aus einem oberen Blechteil 27 und einem unteren Blechteil 29, wie es in der 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nur teilweise angedeutet ist. In dem dazwischenliegenden Zwischenraum 31 erstreckt sich der zweite Trägerarm 19 bezogen auf eine Fahrzeugmittelachse schräg nach außen zu dem Schweller 23, wo dieser über einen zweiten Knotenpunkt bzw. Anbindungspunkt mit einem schwellernahen Strukturelement 33 in Verbindung ist. Das Strukturelement 33 ist gemäß der 2 zur Verstärkung des Türschwellers 23 vorgesehen und an diesem angebunden. In dem Knotenpunkt 31 ist neben dem zweiten Trägerarm 19 und dem Strukturelement 33 zusätzlich auch ein quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgebildeter Sitzquerträger 35 angebunden, wobei der Knotenpunkt 21 und der Knotenpunkt 31 des Schwellers über einen Abstand A in Fahrzeuglängsrichtung versetzt sind. Durch den als Doppelblechteil ausgebildeten Boden 25, in dessen Zwischenraum 29 der zweite Trägerarm 19 sowie das Strukturelement 33 geführt ist, werden diese bei einer Fahrzeugkollision entsprechend gestützt, um die auf den unteren Längsträger 3 wirkenden Aufprallkräfte durch den Boden 25 zu dem Hinterwagenbereich zu leiten.
Gemäß der 2 gabelt sich der Längsträger 3 zu einem dritten Trägerarm 37 auf, der an einem Fußraumquerträger 39 angebunden ist. Der Fußraumquerträger 39 ist für einen verbesserten Fußraumschutz ebenfalls aus einem Doppelblechteil mit einem oberen Blechteil 41 und einem unteren Blechteil 43 ausgebildet und in seinem Mittelbereich über einen Anbindungspunkt 45 an die Stirnseite eines Mitteltunnels 47 angebunden. Aufgrund der durch das Doppelblech hohlprofilartigen Ausbildung des Fußraumquerträgers 39 können somit auf den unteren Längsträger 3 wirkende Aufprallkräfte zusätzlich über den dritten Trägerarm 37 und den Fußraumquerträger 39 zu dem Mitteltunnel 47 in den Hinterwagenbereich geleitet werden.
Wie in den Figuren gezeigt ist, endet der Hilfsrahmen 5 mit seinen Hilfsrahmen-Längsträgern 9 fahrzeugfrontseitig mit einem Hilfsrahmen-Querträger 49. Die Hilfsrahmen-Längsträger 9 erstrecken sich dabei bis zur Stirnseite des Karosseriebodens 25 und sind dort jeweils an eine Strebe 51 angebunden. Die Strebe 51 ist wiederum in einem Knotenpunkt 53 sowohl an den Sitzquerträger 35 als auch seitlich an den Mitteltunnel 47 angebunden.
Erfindungsgemäß sind somit mit den oberen und unteren Längsträgern 1, 3 sowie den Hilfsrahmen-Längsträgern 9 drei Lastpfade I, II, III ausgebildet. Aufgrund der entsprechend großen Querschnitts-Dimensionierung des unteren Längsträgers 3 bildet dieser den Hauptlastpfad II aus, während die oberen Längsträger I sowie die Hilfsrahmen-Längsträger 9 jeweils Nebenlastpfade ausbilden. Dadurch wird über den Nebenlastpfad I der oberen Längsträger I lediglich ein geringer Anteil der auf das Fahrzeug wirkenden Aufprallkräfte im Falle einer Frontalkollision in die bei einem Cabriolet lediglich unzureichend stabilisierten Fahrzeugtüren geleitet. Der größte Teil der auf das Fahrzeug wirkenden Kräfte wird dagegen über den Lastpfad II der unteren Längsträger 3 aufgenommen und entsprechend in drei Unterlastpfade II₁ des ersten Trägerarms 17, II₂ des zweiten Trägerarms 19 und II₃ des dritten Trägerarms 37 aufgeteilt und unterhalb der Fahrgastzelle 15 entlang des Karosseriebodens 25 in den Wagenhinterbereich geleitet.

1: oberer Längsträger
3: unterer Längsträger
5: Hilfsrahmen
7: Tragelement
9: Hilfsrahmen-Längsträger
13: A-Säule
15: Fahrgastzelle
17: erster Trägerarm
19: zweiter Trägerarm
21: Knotenpunkt
23: Türschweller
25: Karosseiteboden
27: oberes Bodenblech
29: unteres Bodenblech
31: Zwischenraum
33: Strukturelement
35: Querträger
37: dritter Trägerarm
39: Fußraumquerträger
41: oberes Blech
43: unteres Blech
45: Anbindungspunkt
47: Mitteltunnel
49: Hilfsrahmen-Querträger
51: Strebe
53: Knotenpunkt
A: Abstand
I, II, III: Lastpfade
II₁,II₂, III₃: Unterlastpfade

Claims

Fahrzeugkarosserie mit einer Tragstruktur mit zwei sich auf gegenüberliegenden Fahrzeugseiten im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden karosserieseitigen Längsträgern (3), von denen sich jeder zur Ausbildung von unterschiedlichen Lastpfaden (II₁, II₂, II₃) zu einer Fahrgastzelle (15) hin in mehrere Längsträgerarme (17, 19, 37) aufgabelt, wobei mittels eines ersten Trägerarms (17) die bei einer Fahrzeugkollision auf den Längsträger (3) wirkenden Aufprallkräfte in einen Schweller (23) der Fahrgastzelle (15) einleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Längsträger (3) einen zweiten Trägerarm (19) aufweist, der die auf den Längsträger (3) wirkenden Aufprallkräfte in Fahrzeuglängsrichtung über einen Abstand (A) zum ersten Trägerarm (17) versetzt in den Schweller (23) einleitet.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Trägerarm (17, 19) des Längsträgers (3) unmittelbar mit dem Schweller (23) oder mit einem schwellernahen Strukturelement (33) verbunden ist.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Trägerarm (17) des Längsträgers (3) im Bereich der Stirnseite des Schwellers (23) bzw. der A-Säule (13) die Aufprallkräfte in den Schweller (23) einleitet.
Fahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Trägerarm (19) des Längsträgers (3) über einen schwellernahen Anbindungspunkt (31) einem Bodenquerträger (35) oder einem Strukturelement (33) verbunden ist.
Fahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger (3), vorzugsweise über einen dritten Trägerarm (37), zusätzlich an den Fußraumquerträger (39) angebunden ist.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Fußraumquerträger (39) ein Mitteltunnel (47) angebunden ist, der die Aufprallkräfte weiter in den Hinterwagenbereich leitet.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußraumquerträger (39) zur Ausbildung eines Hohlprofils als ein flächiges Doppelblechteil (41, 43) ausgebildet ist.
Fahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (3) als untere Längsträger einen Lastpfad (II) ausbilden, und die in der Tragstruktur vorgesehenen oberen Längsträger (1) einen weiteren Lastpfad (I) ausbilden.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der oberen Längsträger (1) über die A-Säule (13) in einem Knotenpunkt (21) mit dem jeweiligen Schweller (23) und dem jeweiligen unteren Längsträger (3), vorzugsweise mit seinem ersten Trägerarm (17), zusammengeführt ist.
Fahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die karosserieseitigen Längsträger, d. h. die unteren Längsträger (3), ein Hilfsrahmen (5) angebunden ist, dessen seitliche Hilfsrahmen-Längsträger (9) sich im wesentlichen wie die unteren Längsträger (3) und/oder die oberen Längsträger (1) bis zur Fahrzeugfrontseite (11) erstrecken und einen Lastpfad (III) ausbilden.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsrahmen-Längsträger (9) zur Weiterleitung der Aufprallkräfte an karosserieseitigen Streben (51) angebunden sind, die vorzugsweise wiederum an den Mitteltunnel (47) angebunden sind.
Fahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieboden zur Ausbildung eines Hohlprofils aus einem Doppelblechteil mit dazwischen liegendem Zwischenraum ausgebildet ist, in dem zumindest teilweise die Strukturelemente der Tragstruktur angeordnet sind, etwa der zweite Längsträgerarm (19), der Bodenquerträger (35) und/oder die Streben (51).
Fahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die unteren Längsträger (3) ausgebildete Lastpfad (II) ein Hauptlastpfad ist, der im Kollisionsfall einen Großteil der auf das Fahrzeug wirkenden Aufprallkräfte weiterleitet.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die oberen Längsträger (1) ausgebildete Lastpfad (I) und/oder der durch die Hilfsrahmen-Längsträger (9) ausgebildete Lastpfad (III) als Nebenlastpfade die verbleibenden Aufprallkräfte weiterleiten.
Cabriolet mit einer Fahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche.