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Die
Erfindung betrifft ein Rahmenelement für einen Kraftwagen sowie eine
Befestigungsanordnung eines derartigen Rahmenelements an einer Kraftwagenkarosserie
der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 12 angegebenen Art.
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Ein
derartiges Rahmenelement ist beispielsweise bereits aus der
DE 92 07 011 U1 als
bekannt zu entnehmen, welches dort als so genannte Domstrebe ausgebildet
ist, über
welche zwei einander am jeweiligen Ende des Kraftwagens zugeordnete
Federbeindome zur Aufnahme von Feder-Dämpfer-Elementen
miteinander zu verbinden sind. Das Rahmenelement bzw. die Domstrebe
kann dabei sowohl in einem Innenbereich – beispielsweise der Fahrgastzelle
oder dem Kofferraum – wie
auch in einem Außenbereich – beispielsweise
im Motorraum – des Kraftwagens
angeordnet sein. Dabei dient das Rahmenelement zur Aussteifung der
Kraftwagenkarosserie, um die insbesondere im Fahrbetrieb über die Feder-Dämpfer-Elemente
in die Federbeindome eingeleiteten Fahrwerkskräfte auf verbesserte Weise aufnehmen
zu können.
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Als
nachteilig bei dem bekannten Rahmenelement ist der Umstand anzusehen,
dass dieses relativ aufwändig
gestaltet und dementsprechend kostenintensiv in seiner Herstellung
ist. Darüber
hinaus muss das bekannte Rahmenelement entsprechend massiv und dementsprechend
schwer ausgebildet sein, um eine hinreichende Aussteifung der Kraftwagenkarosserie
zu erreichen. Ist das Rahmenelement darüber hinaus im Außenbereich
der Kraftwagenkarosserie angeordnet, in welchem dieses nicht nur Feuchtigkeit
beispielsweise in Form von Spritzwasser oder Streusalz ausgesetzt
ist, sondern gegebenenfalls auch mit Steinschlag beaufschlagt wird,
so ergibt sich die zusätzliche
Problematik einer erhöhten
Korrosionsgefahr.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Rahmenelement sowie
dessen Befestigungsanordnung an einer Kraftwagenkarosserie der eingangs
genannten Art zu schaffen, mit welcher sich eine baulich einfachere
und im Hinblick auf den Lebenszyklus des Kraftwagens kostengünstigere
Aussteifung der Kraftwagenkarosserie realisieren lässt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Rahmenelement sowie durch dessen Befestigungsanordnung an einer
Kraftwagenkarosserie mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw.
12 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
beschrieben.
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Das
Rahmenelement nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass
dieses als Magnesiumbauteil, und insbesondere als Magnesium-Gussbauteil
ausgebildet ist. Ein derartiges Magnesiumbauteil hat zunächst insbesondere
den Vorteil, dass dieses gegenüber
einem vergleichbaren konventionellen Rahmenelement lediglich die
Hälfte
wiegt und sich dementsprechend günstig
auf das Gesamtgewicht der Kraftwagenkarosserie bzw. des Kraftwagens
auswirkt. Ein weiterer Vorteil von Magnesium-Gussbauteilen gegenüber konventionellen
Rahmenelementen, welche beispielsweise als Schweißkonstruktion
aus mehreren Einzelrahmenelementen zusammengesetzt sind, besteht
darin, dass ein Magnesium-Gussbauteil in optimaler Weise an die
auftretenden Kräfte
angepasst werden kann. Während
bei Schweißkonstruktionen
dementsprechend mit gleich bleibenden Profilquerschnitten operiert
werden muss, kann ein Magnesium-Gussbauteil äußerst einfach an die innerhalb
des Rahmenelements vorliegenden Kräfte bzw. Momente angepasst
werden. So ist es insbesondere möglich,
an hoch belasteten Stellen eine Vergrößerung des Querschnitts des
Rahmenelements bzw. von dessen Gusswänden vorzunehmen, um die entsprechend
höheren
Kräfte
in diesem Bereich des Rahmenelements aufnehmen zu können.
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Ein
weiterer Vorteil eines als Magnesium-Gussbauteil ausgebildeten Rahmenelements
ist darin zu sehen, dass dieses auf einfache Weise mit Befestigungsflanschen
oder Befestigungskonsolen zur Festlegung an der Kraftwagenkarosserie
versehen werden kann. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik
bekannten Rahmenelementen, welche hierzu überwiegend angeschweißte Halteelemente
bzw. Konsolen benötigen,
kann somit eine deutlich vereinfachte Herstellung des Rahmenbauteils
geschaffen werden.
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Das
erfindungsgemäße Magnesiumbauteil eignet
sich darüber
hinaus besonders gut, um im Außenbereich
des Kraftwagens angeordnet zu werden, wo dieses erfahrungsgemäß Feuchtigkeit
insbesondere in Form von Spritzwasser, Streusalz oder Steinschlag
ausgesetzt wird. Dabei zeichnet sich das erfindungsgemäße Magnesiumbauteil
insbesondere durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit aus, so dass auch über den
Lebenszyklus des Kraftwagens kein Austausch des Rahmenelements erforderlich wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft
gezeigt, das Rahmenelement als sich über die gesamte Länge der
tragenden Karosserieteile einstückig
erstreckendes Bauteil auszubilden. Ein derartiges Bauteil kann besonders einfach
und kostengünstig
insbesondere in einem Gussverfahren, insbesondere einem Druckgussverfahren
hergestellt werden. Dabei ist zudem vorteilhaft, dass äußerst wenige
Nachbearbeitungsschritte nach dem Gießen des Magnesium-Gussbauteils
erforderlich sind, bevor dieses an der Kraftwagenkarosserie festgelegt
werden kann.
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Eine
besonders steife Festlegung des Rahmenelements lässt sich darüber hinaus
erreichen, wenn dieses zwei Befestigungsbereiche umfasst, welche über einen
Strebenbereich miteinander verbunden sind. Die Befestigungsbereiche
können
dabei bevorzugt als quer zu dem Strebenbereich verlaufende Trägerelemente
ausgebildet sein, so dass das Rahmenelement insgesamt H-förmig ausgebildet
ist. Durch die als Trägerelemente
ausgebildeten Befestigungsbereiche lässt sich somit eine großformatige
Anbindung des Rahmenelements an die tragenden Karosserieteile der
Kraftwagenkarosserie schaffen.
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Ein
besonders steifes und dennoch überaus leichtes
Rahmenelement lässt
sich realisieren, indem die Befestigungsbereiche und/oder der Strebenbereich
im Querschnitt im Wesentlichen schalenförmig bzw. U-förmig ausgebildet
sind.
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Sind
an die Befestigungsbereiche einteilig angeformte Befestigungsflansche
vorgesehen, so lassen sich auf besonders einfache Weise im Gussverfahren
herstellbare Befestigungsmöglichkeiten schaffen, über welche
das Rahmenelement an den tragenden Karosserieteilen festzulegen
ist.
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Insbesondere
bei der H-förmigen
Ausgestaltung des Rahmenelements hat es sich in einer weiteren Ausführungsform
als vorteilhaft gezeigt, wenn die Befestigungsflansche nahe der
jeweiligen Enden der Befestigungsbereiche angeordnet sind. Hierdurch kann
eine besonders großformatige
Anbindung der Befestigungsbereiche bzw. des Rahmenelements insgesamt
an den zugeordneten tragenden Karosserieteilen der Kraftwagenkarosserie
erreicht werden.
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Ein
besonders steifes Rahmenelement kann darüber hinaus geschaffen werden,
wenn die Befestigungsbereiche und/oder der Strebenbereich mit einer
Mehrzahl von Rippen versehen sind. Die Rippen haben darüber hinaus
den Vorteil, dass sie in ihrer Dicke und Orientierung in optimaler
Weise an den Kraft- und Momentenverlauf innerhalb des Rahmenelements
angepasst werden können.
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Ist
das Rahmenelement mit einem kathodischen Tauchlack und einer anschließenden Pulverbeschichtung
versehen, so kann dieses auf besonders zuverlässige Weise vor Korrosion,
welche beispielsweise im Außenbereich
der Kraftwagenkarosserie durch Spritzwasser, Streusalz oder Steinschlag entstehen
kann, geschützt.
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Ein
weiterer besonderer Vorteil des als Magnesium-Gussbauteil hergestellten
Rahmenelements besteht darin, dass auf einfache Weise zusätzliche Befestigungsflansche
oder -konsolen insbesondere einteilig angeformt werden können, an
welchen Fahrwerksteile, Motorteile, Aggregatteile oder dergleichen
festgelegt werden können.
Somit ist auf einfache Weise möglich,
dem Rahmenelement neben der Aussteifung der Kraftwagenkarosserie
eine weitere Funktion zuzuordnen, beispielsweise die Halterung von
entsprechend diesem Bereich positionierten Bauteilen.
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Die
erfindungsgemäße Befestigungsanordnung
des Rahmenelements gemäß der Erfindung
an der Kraftwagenkarosserie zeichnet sich insbesondere durch die
bereits beschriebenen Vorteile aus.
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Darüber hinaus
lässt sich
eine besonders vorteilhafte Befestigungsanordnung dadurch realisieren,
dass zwei Längsträgeranordnungen
einer Vorbau- oder
Heckstruktur über
das Rahmenelement miteinander verbunden sind. Hierbei kann das Rahmenelement
insbesondere die Funktion einer Domstrebe übernehmen, welche vom Fahrwerk über die Feder-Dämpfer- Elemente in die Kraftwagenkarosserie
eingeleitete Kräfte
aufzunehmen vermag.
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Eine
besonders vorteilhafte Aussteifung der Vorbau- oder Heckstruktur
kann dabei erzielt werden, indem das Rahmenelement in einer Höhe zwischen zwei
Längsträgerebenen
verläuft,
wobei die Befestigungsbereiche des Rahmenelements an sich in Fahrzeughochrichtung
zwischen den Längsträgerebenen
erstreckenden Stützträgern befestigt
sind. Mit anderen Worten können
hierdurch auf einfache Weise die Längsträger von verschiedenen Längsträgerebenen über ein
Rahmenelement ausgesteift werden, welches auf Höhe zwischen den beiden Längsträgerebenen
verläuft.
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Schließlich hat
es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Rahmenelement über Dehnelemente,
und insbesondere über
Dehnschrauben mit den tragenden Karosserieteilen – beispielsweise
den Längsträgern der
Vorbau- oder Heckstruktur – verbunden
ist. Derartige Dehnelemente bzw. Dehnschrauben zeichnen sich insbesondere
dadurch aus, dass sie temperaturabhängige Setzprozesse des Rahmenelements – beispielsweise
im Bereich der Befestigungsflansche – ausgleichen können.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen; Diese zeigen in:
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1 eine
schematische Perspektivansicht auf eine ausschnittsweise dargestellte
Heckstruktur einer Kraftwagenkarosserie, welche im Wesentlichen seitlich
eines im Bereich der Heckstruktur angeordneten, nicht dargestellten
Motors des Kraftwagens in zwei Längsträgerebenen
verlaufende Längsträger umfasst,
welche jeweils einander zugehörig über seitliche
Stützträger miteinander
verbunden sind, wobei die aus den jeweils seitlich einander zugeordneten
Längsträgern und
Stützträgern gebildeten
seitlichen Längsträgeranordnungen über ein
Rahmenelement zur Aussteifung der Kraftwagenkarosserie miteinander
verbunden sind;
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2 eine
schematische, seitliche Perspektivansicht auf die Heckstruktur der
Kraftwagenkarosserie gemäß 1,
wobei an den oberen Längsträgern Feder-Dämpfer-Elemente
des Fahrwerks angelenkt sind, de ren statische und dynamische Kräfte in Fahrzeugquerrichtung
unter anderem durch das Rahmenelement aufgenommen werden;
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3 eine
perspektivische Draufsicht auf das sich zwischen den seitlichen
Längsträgeranordnungen
erstreckende Rahmenelement gemäß den 1 und 2,
welches als Magnesium-Gussbauteil ausgebildet ist; und in
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4 eine
perspektivische Unteransicht auf das Rahmenelement gemäß
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3,
wobei insbesondere dessen im Querschnitt im Wesentlichen schalenförmige bzw.
U-förmige
Kontur erkennbar ist, welche mittels von Gussrippen ausgesteift
ist.
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In 1 ist
in einer schematischen Perspektivansicht ausschnittsweise eine Heckstruktur 10 einer
Kraftwagenkarosserie 12 dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist dabei ein nicht dargestellter Motor des Kraftwagens im Bereich
der Heckstruktur 10 angeordnet. Zwei seitliche Längsträgeranordnungen 14 der
Heckstruktur 10, welche außenseitig des nicht dargestellten
Motors des Kraftwagens verlaufen, umfassen jeweils in einer unteren Längsträgerebene 16 verlaufende
seitliche Längsträger 18 sowie
in einer oberen Längsträgerebene 20 verlaufende
obere Längsträger 22,
welche vorliegend mehrteilig aus Trägerprofilen und Knotenelementen
zusammengefügt
sind. Die einander seitlich zugeordneten jeweiligen unteren und
oberen Längsträger 18, 22 jeder
der beiden seitlichen Längsträgeranordnungen 14 sind über jeweilige
Stützträger 24, 26 miteinander
verbunden, welche in Fahrzeughochrichtung verlaufen. Dabei sind
die Stützträger 24, 26 ebenfalls
aus Profilträgern
gebildet, welche über Knotenelemente
mit den zugehörigen
oberen und unteren Längsträgern 18, 22 verbunden
sind. Die beiden unteren Längsträger 18 sind über zwei
in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Querträger 28, 30 ebenfalls – unter
Vermittlung von jeweiligen Knotenelementen – miteinander verbunden. Im
Bereich der unteren Längsträger 18 sind
darüber
hinaus Aufnahmekonsolen 32 erkennbar, an welchen der nicht
gezeigte Motor gegenüber
den beiden Längsträgeranordnungen 14 festgelegt
werden kann. Neben den zwei erkennbaren Aufnahmekonsolen 32 sind
zwei weitere, in 1 nicht erkennbare Lagerpunkte
vorgesehen, an welchen ein mit dem Motor verbundenes, ebenfalls
nicht dargestelltes, Getriebe im hinteren Bereich der Heckstruktur 10 festgelegt
werden kann.
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Weiterhin
ist aus 1 eine hintere Hecktrennwand 34 ausschnittsweise
erkennbar, an welcher die beiden seitlichen Längsträgeranordnungen 14 bzw.
deren jeweilige untere und obere Längsträger 18, 22 abgestützt bzw.
befestigt sind. Insbesondere die unteren Längsträger 18 verlaufen dabei über einen
erheblichen Längenbereich
unterhalb einer sich an die Hecktrennwand 34 nach vorne
hin anschließenden
Fahrgastzelle bzw. deren Wagenboden 36.
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Insgesamt
ist somit aus 1 erkennbar, dass die Heckstruktur 2 jeweils
untere und obere Längsträger 18, 22 umfassende
Längsträgeranordnungen 14 aufweist,
welche über
die beiden Querträger 28, 30 zu
einem – in
Fahrzeugquerrichtung betrachtet – im Wesentlichen U-förmigen Rahmenwerk zusammengefügt sind.
Um nun eine hinreichende Aussteifung der Kraftwagenkarosserie 12 bzw.
deren Heckstruktur 10 erreichen zu können, ist auf einer Höhe zwischen
der unteren und oberen Längsträgerebene 16, 20,
welche durch die jeweiligen unteren bzw. oberen Längsträger 18, 22 gebildet
werden, ein Rahmenelement 38 vorgesehen. Dieses Rahmenelement 38 erstreckt
sich vorliegend sowohl in Fahrzeugquerrichtung wie auch in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet
im Wesentlichen horizontal. Zur Verbindung der tragenden Karosserieteile
bzw. der beiden seitlichen Längsträgeranordnungen 14 umfasst
das Rahmenelement 38 zwei Befestigungsbereiche 40, 42,
welche vorliegend spiegelsymmetrisch formidentisch ausgebildet sind.
Die beiden Befestigungsbereiche 40, 42 sind über einen
Strebenbereich 44 miteinander verbunden, welche sich im
Wesentlichen quer zu diesen bzw. in Fahrzeugquerrichtung erstreckt. Mit
anderen Worten sind die beiden Befestigungsbereiche 40, 42 als
quer zu dem Strebenbereich 44 bzw. in Fahrzeuglängsrichtung
und parallel zu jeweils zugehörigen
Längsträgeranordnung 14 verlaufende Trägerelemente
ausgebildet.
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Insbesondere
Zusammenschau mit 2, welche in einer perspektivischen
und ausschnittsweisen Seitenansicht die Heckstruktur 10 gemäß 1 darstellt,
wird erkennbar, dass die beiden Befestigungsbereiche 40, 42 jeweils
Befestigungsflansche 46 am vorderen Ende des Rahmenelements 38 und Befestigungsflansche 48 am
hinteren Ende des Rahmenelements 38 aufweisen. Da das Rahmenelement 38 vorliegend
insgesamt als Magnesium-Gussteil, und
vorzugsweise als Magnesium-Druckgussbauteil ausgebildet ist, sind
die Befestigungsflansche 46, 48 einteilig an die
zugehörigen
Befestigungsbereiche angeformt. Weiterhin ist aus 2 erkennbar,
dass jeweilige Feder-Dämpfer-Elemente 50 an
den jeweils zugehörigen
oberen Längsträ gern 22 über Lagerböcke 52 schwenkbar
gehalten sind. Das in einem Höhenabstand
unterhalb der oberen Längsträger 22 – an den
Stützträgern 24, 26 befestigte – Rahmenelement 38 werden
somit die insbesondere im Fahrbetrieb über die Feder-Dämpfer-Elemente 50 eingeleiteten
Fahrwerkskräfte
aufgenommen bzw. die Heckstruktur 10 der Kraftwagenkarosserie 12 ausgesteift. Darüber hinaus
dient das Rahmenelement 38 zur kastenförmigen Aussteifung des U-förmigen Rahmenwerks,
welche durch die beiden seitlichen Längsträgeranordnungen 14 und
die diese verbindenden Querträger 28, 30 gebildet
wird.
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In
Zusammenschau mit den 3 und 4, welche
in einer perspektivischen Draufsicht bzw. Unteransicht das separate
Rahmenelement 38 zeigen, wird insbesondere erkennbar, dass
dieses in seiner Grundform im Wesentlichen H-förmig ausgebildet ist. Weiterhin
ist erkennbar, dass sowohl die beiden Befestigungsbereiche 40, 42 wie
auch der diese verbindende Strebenbereich 44 allesamt im Querschnitt
im Wesentlichen schalenförmig
bzw. U-förmig
ausgebildet sind. Dabei ist in der Einbaulage des Rahmenelements 38 dessen
obere Breitseite geschlossen ausgebildet, während seine untere Breitseite
offen ist. Insgesamt ist somit gewährleistet, dass das Rahmenelement 38 auf
besonders vorteilhafte Weise als Magnesium-Druckgussbauteil hergestellt
werden kann. Aus 4 ist erkennbar, dass sowohl
die beiden Befestigungsbereiche 40, 42 wie auch
der Strebenbereich 44 durch eine Mehrzahl von Gussrippen 54 ausgesteift
sind. Die Gussrippen 54 erstrecken sich dabei vorzugsweise
parallel zu den seitlichen Stirnwänden 56, 58 der
Befestigungsbereiche 40, 42 bzw. der Strebenbereich 44.
Die Befestigungsflansche 46, 48 am vorderen bzw.
hinteren Ende ragen vorliegend sowohl nach oben wie auch nach unten
hin vom Rahmenelement 38 ab. Sie sind mit entsprechenden
Durchgangsöffnungen
versehen, so dass das Rahmenelement 38 auf im weiteren noch
beschriebener Weise mit den jeweils korrespondierenden Längsträgeranordnungen 14 bzw.
den Stützträgern 24, 26 verschraubt
werden können.
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Am Übergang
zum jeweiligen Befestigungsbereich 40, 42 weist
der Strebenbereich 44 einen im Querschnitt jeweils vergrößerten Verstärkungsbereich 60 auf,
welcher vorliegend im Wesentlichen dreiecksförmig ausgebildet ist. Hierdurch
wird gewährleistet,
dass die Befestigungsbereiche 40, 42 insbesondere
in Fahrzeugquerrichtung besonders steif gegenüber dem erstrebten Bereich 44 abgestützt sind.
Neben den Befestigungsflanschen 46, 48 zur Festlegung
des Rahmenelements 38 an der Heckstruktur 10 sind
weitere Befestigungskonsolen 62 vorgesehen, über welche
ein Fahrwerksteil, ein Motorteil, ein Aggregatteil oder dergleichen
mit dem Rahmenelement 38 verbunden werden kann.
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Insbesondere
aus 1 ist schließlich
erkennbar, dass das Rahmenelement 38 über eine Mehrzahl von Dehnschrauben 64 an
den Stützträgern 24, 26 festgelegt
ist. Derartige Dehnschrauben 64 zeichnen sich insbesondere
dadurch aus, dass auch bei temperaturbedingten Setzvorgängen im
Bereich der Befestigungsflansche 46, 48 bzw. innerhalb der
Befestigungsbereiche 40, 42 und des Strebenbereichs 44 eine
sichere und zuverlässige
Festlegung des Rahmenelements 38 an der Heckstruktur 10 sichergestellt
ist. Da das Rahmenelement 38 vorliegend im Außenbereich
der Kraftwagenkarosserie 12 angeordnet ist und demgemäß mit Feuchtigkeit
in Form von Spritzwasser, mit Streusalz oder mit Steinschlag beaufschlagt
wird, hat sich insbesondere dessen Ausgestaltung als korrosionsbeständiges Magnesium-Druckgussbauteil
als vorteilhaft gezeigt.
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Das
Rahmenelement 38 wird vorliegend bereits vor der kathodischen
Tauchlackierung an der Kraftwagenkarosserie 12 festgelegt,
so dass dieses ebenfalls mit einem kathodischen Tauchlack überzogen
ist. Im Anschluss an die kathodische Tauchlackierung ist vorliegend
eine Pulverbeschichtung des Rahmenelements 38 vorgenommen
worden. Durch die Tauchlackierung und die anschließende Pulverbeschichtung
des Rahmenelements 38 wird insbesondere sichergestellt,
dass im Bereich der Befestigungsflansche 46, 48 – also im
Bereich zu den benachbarten tragenden Karosserieteilen – keine
Korrosion entstehen kann.
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Als
im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es zu betrachten, dass das
Magnesiumbauteil auch aus Einzelblechen aus einer Magnesiumlegierung zusammengesetzt
sein kann. Andersartige Gestaltungen des Rahmenelements 38 aus
einem Magnesiumwerkstoff sind ebenfalls denkbar.