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Bei
der Erfindung wird ausgegangen von einer Tragstruktur für ein Kraftfahrzeug,
gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Eine
gattungsbildende Tragstruktur für
ein Kraftfahrzeug ist in der
DE 33 46 986 A1 beschrieben. Die Tragstruktur
besitzt ein aus Leichtmetall gegossenes Längstragelement, das im Vorderwagen eingesetzt
ist. Es ist als nach oben offenes Profil, also U-förmig ausgeführt und
wird von einem als Schließblech
bezeichneten Schließelement
verschlossen. Jeweils endseitig weist das Längstragelement einen Verbindungsabschnitt
auf, von denen ein erster Verbindungsabschnitt der Befestigung eines
vorderen Längsträgers und
ein zweiter Verbindungsabschnitt der Befestigung eines Schwellers
dient. Auf den ersten Verbindungsabschnitt wird der als Hohlprofil
ausgeführte
vordere Längsträger aufgesteckt.
Der Schweller wird von dem zweiten Verbindungsabschnitt aufgenommen.
Eine ähnlich
ausgestaltetes Längstragelement
ist im Bereich des Hinterwagens in die Tragstruktur eingesetzt.
Dieses ist jedoch ohne Schließelement
ausgeführt,
weist jedoch den ersten und zweiten Verbindungsabschnitt auf. Auf
den ersten Verbindungsabschnitt wird der hintere Längsträger aufgesteckt.
Der Schweller wird an den zweiten Verbindungsabschnitt des Längstragelements
seitlich herangeführt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Tragstruktur der eingangs genannten Art
anzugeben, die einfach aufgebaut und hinsichtlich Steifigkeit optimiert ist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit einer Tragstruktur für ein Kraftfahrzeug, die die
in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist. Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
mit der Erfindung hauptsächlich
erzielten Vorteile sind darin zu sehen, dass der erfindungsgemäß ausgebildete
zweite Verbindungsabschnitt einerseits für die Anbindung des seitlichen
Schwellers dient und andererseits – für optimierten Seitenaufprallschutz
und Steifigkeit – einen
Quertragabschnitt bildet, der durch das Profil mit dem Schließelement realisiert
ist hinsichtlich Steifigkeit und Seitenaufprallschutz. Ferner dient
der zweite Verbindungsabschnitt neben der Anbindung des Schwellers
auch als Befestigung für
einen von dem Schweller weggerichtet verlaufenden Querträger. Durch
die Ausgestaltung des offenen Profils mit dem Schließelement
ist der Quertragabschnitt in Fahrzeugquerrichtung als, vorzugsweise
geschlossenes, Hohlprofil, also trägerartig ausgebildet, und stellt
so eine Tragverbindung zwischen dem Schweller und dem an dem Quertragabschnitt
befestigten Querträger
dar.
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In
besonders bevorzugter Ausführungsform wird
nach Anspruch 2 der Quertragabschnitt dadurch gebildet, dass sich
das offene Profil des Längstragelements
erweitert, so dass ein entsprechender Abstand zwischen dem außen liegenden
Schweller und dem davon weggerichtet verlaufenden Querträger überbrückt werden
kann. Geschlossen wird das offene Profil in besonders bevorzugter
Ausführungsform durch
das Schließelement,
welches neben einem Deckel für
das offene Profil außerdem
eine aufrechte, quer zur Längserstreckung
des Profils verlaufende Schließwand
besitzt. In Längserstreckungsrichtung des
Längstragelements
bildet somit die Schließwand den
Abschluss des offenen Profils. Außerdem wird durch den Deckel,
die Schließwand
und das offene Profil auf einfache Art und Weise ein geschlossenes Hohlprofil
gebildet. Eine Weiterbildung dazu ist in Anspruch 3 angegeben.
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Besonders
bevorzugt wird nach Anspruch 4 ein Schließelement verwendet, welches
im Querschnitt U-förmig
ausgebildet ist und somit zwei aufrechte, quer zur Längserstreckung
des Profils verlaufende Schließwände besitzt,
die über
den Deckel miteinander verbunden sind. Dadurch wird die Steifigkeit
des Quertragabschnitts weiter verbessert. Eine darüber hinausgehende
Steifigkeitserhöhung
wird mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und/oder 6 erreicht.
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Ein
einfaches Zusammensetzen der Tragstruktur ist mit den Merkmalen
des Anspruchs 7 möglich,
wonach der vom Schweller weggerichtet verlaufende Querträger auf
den Quertragabschnitt aufgesetzt und dort befestigt ist.
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Bei
entsprechender Orientierung des Hohlprofils des Längstragelements
wird das Schließelement – wie vorstehend
beschrieben – einen
Deckel des offenen Profils bilden. Demnach ist es gemäß Anspruch
8 vorteilhaft, wenn der Querträger
auf das Schließelement,
insbesondere dessen Deckel, aufgesetzt und damit verbunden ist.
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Insbesondere
bei Fahrzeugen, die einen Mitteltunnel aufweisen, ist es vorteilhaft,
wenn der Querträger
als Bogen ausgeführt
ist und somit den Mitteltunnel überspannt.
Insbesondere der als Bogen ausgeführte Querträger lässt sich als Gussteil einfach herstellen,
wie dies Anspruch 10 beschreibt.
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Das
Schließelement
hingegen ist entsprechend Anspruch 11 als Form-Blechteil ausgeführt und
kann geprägt,
umgeformt und/oder tiefgezogen sein. Durch die besondere Wahl der
Herstellverfahren für
die einzelnen Elemente der Tragstruktur, also des gegossenen Längstragelements,
des Schließelements
als gebogenes Blechteil und des gegossenen Querträgers lässt sich
die komplexe Tragstruktur einfach herstellen, wobei vorzugsweise
sämtliche Teile
der Tragstruktur aus einem Leichtmetall bzw. einer Leichtmetalllegierung
hergestellt ist.
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Schweller,
die im Querschnitt gesehen profiliert sind, weisen hauptsächlich in
ihrer Längserstreckungsrichtung
eine entsprechende Steifigkeit aus. Um einen derartigen Schweller
mit der erfindungsgemäßen Tragstruktur
verbinden zu können,
ist nach einer in Anspruch 13 angegebenen Ausführungsvariante vorgesehen,
die Profilwand des offenen Profils im Bereich des zweiten Verbindungsabschnitts
zu profilieren. Schweller und Profilwand passen so flächig aneinander.
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In
vorteilhafter Weise lässt
sich das gegossene Längstragelement
einfacher herstellen, wenn es durchgehend als offenes Profil ausgeführt ist.
Außerdem
bietet sich so die vorteilhafte Möglichkeit für eine günstige Befestigung des Längsträgers im
Bereich des ersten Verbindungsabschnitts, beispielsweise durch Einlegen
des Längsträgers in
das offene Profil.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf
die Zeichnung näher
erläutert.
Die einzige Figur zeigt in Explosionsdarstellung ausschnittweise
eine Tragstruktur für
ein Kraftfahrzeug.
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Von
einer Tragstruktur 1 für
ein sonst nicht weiter dargestelltes Kraftfahrzeug ist ein beispielsweise
im Leichtmetallguss hergestelltes, also gegossenes Längstragelement 2 zu
sehen, welches – in Längsrichtung
LE des Kraftfahrzeugs gesehen – zwischen
einem heckseitigen Längsträger 3 und
einem auch als Seitenträger
bezeichneten Schweller 4 der Tragstruktur 1 angeordnet
ist. Der Schweller 4 ist einer hier nicht dargestellten
Bodengruppe der Tragstruktur 1 und der hintere Längsträger 3 der Tragstruktur 1 ist
einem nicht weiter dargestellten Hinterwagen des Kraftfahrzeugs
zugeordnet. Das Längstragelement 2 weist
an seinem ersten Ende 5, welches hier ein hinteres Ende
bildet, einen ersten Verbindungsabschnitt 6 für die Befestigung
des hinteren Längsträgers 3 auf.
An seinem zweiten Ende 7, welches hier ein vorderes Ende
bildet, ist das Längstragelement 2 mit
einem zweiten Verbindungsabschnitt 8 ausgestattet, der
der Befestigung des Schwellers 4 dient. Benachbart zum
vorderen Ende 7 ist ein Verbindungselement 8' vorgesehen,
das flanschartig ausgeführt
ist und die Verbindung zur Bodengruppe herstellt. Zwischen den beiden
Verbindungsabschnitten 6 und 8 erstreckt sich
ein Längstragabschnitt 9 des
Längstragelements 2.
Der Längstragabschnitt 9 weist
eine Federbeinaufnahme 10 auf, die schalenartig ausgeführt ist
und erste Anbindungsstellen 11 für ein hier nicht zu sehendes
Federbein eines Fahrwerks aufweist. Ferner sind innerhalb des Längstragabschnitts 9 zweite
Anbindungsstellen 12 für
ein Fahrwerk, hier die Hinterachse, ausgebildet. Überdies
kann der Längsträgerabschnitt 9 und/oder der
zweite Verbindungsabschnitt 8 dritte Anbindungsstellen 12' für ein Getriebe
umfassen.
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Im
Folgenden wird auf den Aufbau des Längstragelements 2 näher eingegangen:
Es ist als, insbesondere nach oben, offenes Profil 13 ausgebildet,
weist also im Querschnitt im wesentlichen eine U-Form auf, die einen
Profilboden 14 und vom Profilboden 14 ausgehende,
aufrechte Profilwände 15 und 16 umfasst.
Das Profil 13 könnte
alternativ unten oder seitlich offen, also hutförmig oder C-förmig ausgeführt sein.
Die Profilwand 15 bildet hier eine innere Profilwand und
die Profilwand 16 stellt eine äußere Profilwand dar, die außerdem in
einer Wanderweiterung 17 die Federbeinaufnahme 10 aufweist.
Zwischen dem zweiten Verbindungsabschnitt 8 und der Federbeinaufnahme 10 geht
die äußere Profilwand 16 in
einen von dem Profil 13 weggerichteten Wandabschnitt 18 über. Sowohl
von der Wanderweiterung 17 als auch von dem Wandabschnitt 18 kragt noch
ein Befestigungsflansch 19 etwa aufrecht ab, der der Befestigung
eines hier nicht dargestellten inneren Radkastens dient. Der Flansch 19 kann
sich bis zu dem vorderen Verbindungsabschnitt 8, insbesondere
bis zu dem Schweller 4, und in entgegengesetzter Richtung
bis in den ersten bzw. hinteren Verbindungsabschnitt 6 hinein
erstrecken. Von der inneren Profilwand 15 geht ebenfalls
ein Befestigungsflansch 20 aus, der nach innen, also in
Richtung Fahrzeugmittellängsachse
(nicht eingezeichnet) gerichtet ist. Dieser Befestigungsflansch 20 dient
der Befestigung eines hier nicht dargestellten ein- oder mehrteiligen
Schließbleches
für das
Profil 13, welches Schließblech sich von dem ersten
Verbindungsabschnitt 6 über
den Längstragabschnitt 9 bis
an den zweiten Verbindungsabschnitt 8 heran erstrecken kann.
In der inneren Profilwand 15 ist noch eine Befestigungsaufnahme 21 für eine hier
nicht dargestellte Querstrebe der Tragstruktur 1 ausgebildet,
welche Querstrebe sich bis zu einem hier nicht dargestellten Längstragelement
erstreckt, welches der gegenüberliegenden
Fahrzeugseite zugeordnet ist. Dieses nicht dargestellte Längstragelement
ist demnach identisch, jedoch spiegelbildlich zum dargestellten
Längstragelement 2 ausgeführt.
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Das
offene Profil 13 erstreckt sich bis in den zweiten Verbindungsabschnitt 8 hinein,
so dass dieser als Fortsatz 22 des offenen Profils 13 zu
sehen ist. Er weist daher sowohl den Profilboden 14 als auch
die innere und äußere Profilwand 15 und 16 auf. An
der äußeren Profilwand 16 des
zweiten Verbindungsabschnitts 8 ist außenliegend der Schweller 4 befestigt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die äußere Profilwand 16 profiliert
ist, d.h. zumindest zwei Wandabschnitte, hier drei Wandabschnitte 23, 24, 25 aufweist,
die einen Winkel zueinander einschließen, der ungleich 180° ist. Entsprechend
profiliert ist der Schweller 4 ausgebildet, so dass dieser
formschlüssig
bzw. flächig
an der äußeren Profilwand 16 und
deren Wandabschnitten 23 bis 25 anliegen kann.
Um von dem Schweller 4 weggerichtet einen Quertragabschnitt 26 der
Tragstruktur 1 bilden zu können, der sich also von dem
Schweller 4 in Richtung der vorstehend erwähnten Fahrzeugmittellängsachse
erstreckt, wird in den Fortsatz 22 ein Schließelement 27 in
das offene Profil 13 eingesetzt, so dass das offene Profil 13 verschlossen
wird und eingeschlossenes Hohlprofil darstellt. Dieses Schließelement 27 erstreckt
sich von der äußeren Profilwand 16 bis
zur inneren Profilwand 15 und weist abgebogene Befestigungsstreifen 28 auf,
die mit der inneren bzw. äußeren Profilwand 15, 16 verbunden
werden können. Das
Schließelement 27 kann
das Profil 13 im Bereich des Fortsatzes 22 vollständig abdecken.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
weist das Schließelement 27 jedoch
eine geringere Erstreckung in der Längsrichtung LE als der Fortsatz 22 auf.
Um dennoch ein geschlossenes Hohlprofil für den Quertragabschnitt 26 realisieren
zu können,
besitzt das Schließelement außer einem
Deckel 29 zumindest eine, vorzugsweise jedoch zwei aufrechte,
quer zur Längsrichtung
LE des Profils 13 verlaufende Schließwände 30 und 31 auf,
die bis zu dem Profilboden 14 reichen. In bevorzugter Ausführungsform
ist das Schließelement 27 also
als ein auf dem Kopf stehendes U-Profil ausgeführt, welches zusammen mit dem
Profilboden 14 das geschlossene Hohlprofil des Quertragabschnitts 26 bildet.
Mit einer ersten Verbindungsfläche
F1 wird das Schließelement 27,
insbesondere dessen Deckel 29, mit einer zweiten Verbindungsfläche F2 am
Fortsatz 22 verbunden. Die Verbindungsfläche F2 liegt zwischen
der inneren Profilwand 15 und den Anbindungsstellen 12'. Um die Steifigkeit
des Quertragabschnitts 26 zu erhöhen, können an dem Profilboden 13 ein
oder mehrere Querverstärkungsstege 32 ausgebildet
sein, die sich bis in die Profilwände und/oder 16 hinein
erstrecken können.
Sofern mehrere Querverstärkungsstege 32 vorgesehen
sind, weisen sie einen Abstand zueinander und verlaufen im wesentlichen
parallel zueinander. Zwischen zwei Querverstärkungsstegen 32 können noch
ein oder mehrere Längsverstärkungsstege 33 ausgebildet
sein.
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Für eine Querverbindung
zu dem hier nicht dargestellten, vorstehend jedoch erwähnten spiegelbildlichen
Längstragelement,
wird an dem Quertragabschnitt 26 ein von dem Schweller 4 weggerichtet verlaufender
Querträger 34 befestigt,
der im wesentlichen bogenförmig
zur Überbrückung eines
an sich bekannten Mitteltunnels 35 ausgeführt ist und
den Mitteltunnel 35 zumindest abschnittweise bildet. Von einem
mittleren Bogenabschnitt 36 gehen seitlich nach außen gerichtete
Befestigungsfüße 37 bzw. 38 aus,
von denen der Befestigungsfuß 37 mit
dem Quertragabschnitt 26 verbunden wird. Insbesondere wird
der Befestigungsfuß 37 auf
den Quertragabschnitt 26, vorzugsweise auf den Deckel 29 des Schließelements 27 aufgesetzt
und damit verbunden. Dafür
ist an dem Schließelement 27,
insbesondere an dessen Deckel 29, eine dritte Verbindungsfläche F3 und
an dem Befestigungsfuß 37 eine
vierte Verbindungsfläche
F4 vorgesehen. Im Querschnitt ist der Querträger 34 als nach unten
offenes Profil, also – wie
das Schließelement 27 – als auf
dem Kopf stehendes U-Profil ausgeführt. Im Bereich des Befestigungsfußes 37 wird
somit das nach unten offene Profil des Querträgers 34 durch den
Deckel 29 verschlossen, so dass ein geschlossener Hohlträger entsteht.
Um im Bereich des Mitteltunnels 35 das offene Profil des
Querträgers 34 verschließen zu können, kann
einstückig
von der inneren Profilwand 15 ein bogenförmiger Fortsatz 39 ausgehen,
der somit zumindest in einem Abschnitt ein Schließblech für das offene
Profil des Querträgers 34 bildet.
Dieses Schließblech
könnte
alternativ als separates Teil bereitgestellt werden. Der Querträger 34 ist
wie das Längstragelement 2 als
gegossenes Formteil, insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung
oder einem Leichtmetall, hergestellt. Das Schließelement 27 hingegen
wird vorzugsweise als tiefgezogenes, umgeformtes, gebogenes bzw.
geprägtes
Form-Blechteil aus einem Leichtmetall bzw. einer Leichtmetalllegierung
gefertigt.
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Besonders
bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel,
bei dem der zweite Verbindungsabschnitt 8 durch einen Verbreiterungsabschnitt 40 des
offenen Profils 13 gebildet wird. D.h., dass sich die Weite
W des Profils 13 zwischen den Profilwänden 15 und 16 vergrößert. Dies
ist bei dem Längstragelement 2 dadurch
realisiert, dass die äußere Profilwand 16 nach dem
Längstragabschnitt 9 des
Längstragelements 2 über einen
gebogenen Wandabschnitt 41 zunächst in eine Querwand 42 übergeht,
die sich also quer zur Längsrichtung
LE nach außen
in Richtung Schweller 4 erstreckt, um dann in den in Längsrichtung
LE verlaufenden Wandabschnitt 16' der äußeren Profilwand 16 im
Bereich des zweiten Verbindungsabschnitts 8 überzugehen,
während
die innere Profilwand 15 im wesentlichen geradlinig bis
in den Fortsatz 22 verläuft.
Der Wandabschnitt 18 mit seinem davon ausgehenden Flansch 19 erstreckt
sich bis zu dem Wandabschnitt 42 der äußeren Profilwand 16.
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Wie
aus vorstehender Beschreibung deutlich wird, ist das Längstragelement 2 durchgehend
als offenes Profil 13 ausgeführt, welches sich also von dem
ersten Verbindungsabschnitt 6 über den Längstragabschnitt 9 bis
in den zweiten Verbindungsabschnitt 8 erstreckt. Dabei
ist jedoch vorgesehen, dass der hintere Längsträger 3 zur Befestigung
in das offene Profil 13 eingelegt und darin befestigt wird,
während
der Schweller 4 außen
an dem Verbindungsabschnitt 8, insbesondere an dem Wandabschnitt 16', befestigt
ist. Der Fortsatz 22, der zusammen mit dem Schließelement 27 den
Quertragabschnitt 26 bildet, dient also einerseits der
endseitigen Befestigung des Schwellers 4 als auch der Befestigung
des Querträgers 34.
Dabei kann der Quertragabschnitt 26 – ausgehend von der inneren
Profilwand 15 – sich
durch den Verbreiterungsabschnitt 40 nach außen in Richtung
Schweller 4 erstrecken, so dass zwischen Schweller 4 und
Profil 13 bzw. hinterer Längsträger 3 ein seitlicher
Versatz gegeben ist. In Draufsicht gesehen könnte das Längstragelement 2 also
T- oder L-förmig
realisiert sein. Im Übrigen
können
die hier beschriebenen Teile 2, 3, 4, 27, 34 durch
Kleben, Nieten, insbesondere Stanznieten, und/oder Schweißen miteinander
verbunden sein.