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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. 9 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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Die
DE 103 35 666 A1 offenbart eine Zug-Druckstrebe für eine Fahrzeugkarosserie, welche einteilig ausgebildet ist und in axialer Richtung aus zumindest zwei Abschnitten mit unterschiedlichen Wandstärken besteht. Dabei kann die Zug-Druckstrebe aus einem Leichtmetall, insbesondere Magnesium bzw. einer Magnesiumlegierung, bestehen.
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Die Zug-Druckstrebe ist beispielsweise als Domstrebe ausgebildet und weist zwei flachgedrückte Endbereiche als Befestigungsbereiche auf, über welche die Zug-Druckstrebe an korrespondierenden, tragenden Karosserieteilen befestigbar ist. Ferner weist die Zug-Druckstrebe einen mittleren rohrförmigen Bereich als Strebenbereich auf, über welchen die Befestigungsbereiche miteinander verbunden sind.
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Die
DE 41 10 553 A1 offenbart eine Kraftfahrzeugkarosserie, bei der zu ihrer Querversteifung zwei einander gegenüberliegende Federbeinaufnahmen, die jeweils im seitlichen Karosseriebereich befestigt sind, über ein quer verlaufendes Versteifungsteil miteinander verbunden sind. Dabei ist es vorgesehen, dass beide Federbeinaufnahmen und das Versteifungsteil wenigstens in Querrichtung gesehen als einstückiges Bauelement hergestellt sind.
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Schließlich ist der
EP 1 100 714 B1 ein Rahmen eines Fahrzeugs als bekannt zu entnehmen.
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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. 9 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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Zur Realisierung einer besonders steifen Festlegung des Rahmenelements umfasst dieses zwei Befestigungsbereiche, welche über einen Strebenbereich miteinander verbunden sind. Die Befestigungsbereiche sind dabei als quer zu dem Strebenbereich verlaufende Trägerelemente ausgebildet, 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 der Strebenbereich im Querschnitt im Wesentlichen schalenförmig bzw. U-förmig ausgebildet sind.
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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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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 sind zwei Längsträgeranordnungen einer Vorbau- oder Heckstruktur über das Rahmenelement miteinander verbunden. 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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Dabei umfassen die seitlichen Längsträgeranordnungen jeweils in einer unteren Längsträgerebene verlaufende seitliche Längsträger sowie in einer oberen Längsträgerebene verlaufende obere Längsträger. Die jeweiligen unteren und oberen Längsträger jeder der beiden seitlichen Längsträgeranordnungen sind dabei über jeweilige Stützträger miteinander verbunden, welche in Fahrzeughochrichtung verlaufen.
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Dabei verläuft das Rahmenelement in einer Höhe zwischen den zwei Längsträgerebenen, wobei die Befestigungsbereiche des Rahmenelements an den 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, deren 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 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 Längsträgern 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.
