DE102008009291B4

DE102008009291B4 - Träger mit einer Versteifungsstruktur sowie Hilfsrahmen und Kraftfahrzeug mit einem solchen versteiften Träger

Info

Publication number: DE102008009291B4
Application number: DE102008009291.6A
Authority: DE
Inventors: Dirk Surma; Stefan Schacht
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2028-02-16
Also published as: DE102008009291A1

Abstract

Träger (2) mit einer Versteifungsstruktur, wobei der Träger (2) seinerseits durch ein zumindest aus einem ersten und einem zweiten Schalenelement (7a, 7b) zusammengesetztes, im Querschnitt weitestgehend geschlossenes Hohlprofil gebildet ist, wobei die Schalenelemente (7a, 7b) in ihren Randbereichen zumindest abschnittsweise miteinander fest verbunden sind, und wobei zur Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit des hohlprofilartigen Trägers (2) in die Wandung (8a, 8b) wenigstens eines der zumindest zwei Schalenelemente (7a, 7b) wenigstens ein topfförmiger Durchzug (9a, 9b) eingeformt ist, der seinerseits, sich durch den gebildeten Hohlraum (10) erstreckend, an die benachbarte Wandung (8a, 8b) des anderen Schalenelementes (7a, 7b) angeschlossen und mit demselben im Anschlussbereich (11) fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Wandung (8a) des ersten Schalenelementes (7a) als auch die benachbarte Wandung (8b) des zweiten Schalenelementes (7b) im besagten Anschlussbereich (11) koaxial zueinander angeordnete Bohrungen (12a, 12b) mit unterschiedlichem Durchmesser aufweisen sowie im besagten Anschlussbereich (11) stoffschlüssig durch Schweißung vermittels einer umlaufenden Schweißnaht (13) oder vermittels einer Mehrzahl Schweißnähte oder vermittels eines oder mehrerer Schweißpunkte fest verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Träger mit einer Versteifungsstruktur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Hilfsrahmen mit einem solchen Träger gemäß Anspruch 5 und einen Kraftfahrzeug mit einem solchen Träger gemäß Anspruch 6.
Versteifungsstrukturen für Träger, welche aus Schalenelementen zusammengesetzt und durch ein im Querschnitt weitestgehend geschlossenes Hohlprofil gebildet sind, sind in den unterschiedlichsten Ausführungsformen seit langem bekannt. So beschreiben die DE 26 27 899 A1 und DE 26 27 902 A1 aus relativ großflächigen sowie dünnwandigen Schalenelementen, insbesondere Stahlblechen zusammengesetzte so genannte Hohlträger, die ihrerseits durch separat hergestellte und zusätzlich in den gebildeten Hohlraum eingesetzte sowie mit dem Hohlträger verschweißte stegförmige Elemente eine Versteifung erfahren, welches jedoch zu einer Erhöhung der Masse und demgemäß des Gewichts des Trägers führt. Darüber hinaus beschreibt die DE 37 07 554 A1 eine Tragschiene für einen Fahrzeugrahmen, welche eine Versteifungsplatte innerhalb eines Profilteils aufweist, wobei die Versteifungsplatte topfförmige Durchzüge aufweist und die Versteifungsplatte zum einen in Randbereichen derselben mit dem Profilteil und zum anderen im Bereich der Durchzüge mit dem Profilteil verbunden ist. Die DE 199 36 152 C1 beschreibt einen Verbundkörper für den Hoch- oder Tiefbau, der aus mehreren plattenförmigen Elementen aufgebaut ist, wobei mindestens eines der plattenförmigen Elemente eine Vielzahl von gegen ein benachbartes plattenförmiges Element gerichtete Ausbauchungen aufweist. Im Bereich der Ausbauchungen kontaktieren die plattenförmigen Elemente und sind mittels Durchsetzfügepunkten miteinander fest verbunden. Die DE 100 64 380 A1 beschreibt eine Leichtbauplatte, welche aus über kraft- und formschlüssige Steckverbindungen miteinander verbundenen Einzelplatten besteht. Die Platten weisen zueinander korrespondierende Durchzüge mit koaxial zueinander angeordneten Bohrungen auf, wobei im Verbund der Durchzug der einen Platte die Bohrung des korrespondierenden Durchzugs der anderen Platte durchsetzt und mit derselben durch Aufweiten kraft und formschlüssig verbunden ist. Die DE 200 17 179 U1 beschreibt ein Verstärkungselement mit einem oberen und einem unteren Blechteil, die im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sind. Zwischen dem oberen und unteren Blechteil ist ein mit topfartigen Vertiefungen ausgebildetes Zwischenteil aufgenommen, welches mit dem oberen und/oder unteren Blechteil durch beispielsweise Schweißen verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Träger der gattungsgemäßen Art mit einer einfach und kostengünstig zu bewerkstelligende Versteifungsstruktur zu schaffen, der im Hinblick auf den Stand der Technik bei Vermeidung einer Gewichtserhöhung eine Steifigkeits- und Festigkeitserhöhung des Trägers bewirkt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung einen Hilfsrahmen und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Träger bereitzustellen, um die erreichbaren Vorteile auch im Endprodukt zu erhalten.
Ausgehend von einem Träger einer Versteifungsstruktur, wobei der Träger seinerseits durch ein zumindest aus einem ersten und einem zweiten Schalenelement zusammengesetztes, im Querschnitt weitestgehend geschlossenes Hohlprofil gebildet ist, wobei die Schalenelemente in ihren Randbereichen zumindest abschnittsweise miteinander fest verbunden sind, und wobei zur Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit des hohlprofilartigen Trägers in die Wandung wenigstens eines der zumindest zwei Schalenelemente wenigstens ein topfförmiger Durchzug eingeformt ist, der seinerseits, sich durch den gebildeten Hohlraum erstreckend, an die benachbarte Wandung des anderen Schalenelementes angeschlossen und mit demselben im Anschlussbereich fest verbunden ist, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass sowohl die Wandung des ersten Schalenelementes als auch die benachbarte Wandung des zweiten Schalenelementes im besagten Anschlussbereich koaxial zueinander angeordnete Bohrungen mit unterschiedlichem Durchmesser aufweisen sowie im besagten Anschlussbereich stoffschlüssig durch Schweißung vermittels einer umlaufenden Schweißnaht oder vermittels einer Mehrzahl Schweißnähte oder vermittels eines oder mehrerer Schweißpunkte fest verbunden sind.
Aufgrund der Tatsache, dass besagte Schalenelemente überwiegend durch Umformung hergestellt werden, vorzugsweise durch klassisches Tiefziehen ggf. in Kombination mit einem Streckziehen, kann der zumindest eine Durchzug vorteilhaft in einem einzigen Arbeitsschritt mit der Herstellung des Schalenelementes an sich innerhalb einer Tiefziehpresse erzeugt werden. Durch die besagten Bohrungen sind ohne Minderung der erzielten Steifigkeits- und Festigkeitserhöhung eine Gewichtsverringerung zu verzeichnen und ferner Voraussetzungen für ein komfortables stoffschlüssiges Fügen der beiden Schalenelemente im Anschlussbereich derselben durch Schweißen geschaffen.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Danach kann vorteilhaft der Träger Bestandteil eines Hilfsrahmens eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise als Querträger des Hilfsrahmens ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Vorderansicht eine Hilfsrahmens eines Kraftfahrzeugs mit einem eine erfindungsgemäß ausgebildete Versteifungsstruktur aufweisenden Träger in Form eines Querträgers,
2 der Hilfsrahmen nach 1 in einer Ansicht von hinten,
3 der Querträger des Hilfsrahmens nach 1 bzw. 2 in einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie I-I, und
4 die Einzelheit „Z“ nach 2.

Die 1 und 2 zeigen zunächst einen Hilfsrahmen 1 eines nicht näher dargestellten, jedoch an sich bekannten Kraftfahrzeugs, welcher als Schweißteil aus einer Mehrzahl von Einzelbauteilen zusammengesetzt wurde. Im Wesentlichen ist die Grundstruktur des Hilfsrahmen 1 durch zwei in Fahrzeugquerrichtung vermittels zumindest eines Trägers 2 in Form eines Querträgers miteinander fest verbundene rohrförmige Längsträger 3, 4 gebildet.
Fernerhin sind an sich bekannte Anschlussmittel 5 zur festen jedoch lösbaren Befestigung des Hilfsrahmens 1 an an sich bekannten und hier nicht näher gezeigten Längs- und Querträgern der Fahrzeugkarosserie sowie an sich bekannte Befestigungsmittel 6 zur Abstützung und/oder Festlegung von ebenfalls nicht näher gezeigten Fahrzeugkomponenten, wie einem Antriebsaggregat, Radaufhängungen u. a., gezeigt.
Der Träger 2 respektive Querträger des Hilfsrahmens 1 ist seinerseits vorliegend durch ein aus einem ersten und einem zweiten Schalenelement 7a, 7b zusammengesetztes, im Querschnitt weitestgehend geschlossenes Hohlprofil gebildet, wobei die Schalenelemente 7a, 7b in ihren Randbereichen zumindest abschnittsweise miteinander fest verbunden sind (insbes. 3).
Vorliegend sind die Schalenelemente 7a, 7b in ihren Randbereichen überlappend ausgebildet und stoffschlüssig, vorzugsweise durch Schweißung unter Ausbildung einer nicht näher dargestellten Schweißnaht fest verbunden. Sicherlich sind auch andere geeignete stoffschlüssige Fügeverfahren, wie Kleben, und/oder an sich bekannte form- und/oder kraftschlüssige Fügeverfahren denkbar und demgemäß durch die Erfindung mit erfasst.
Wie den 1 bis 3 weiter zu entnehmen ist, sind bevorzugt in die Wandungen 8a, 8b der Schalenelemente 7a, 7b jeweils zueinander korrespondierende topfförmige Durchzüge 9a, 9b eingeformt, die sich ihrerseits koaxial gegenüberliegend durch den gebildeten Hohlraum 10 des hohlprofilartigen Trägers 2 erstrecken und im Bereich ihres jeweils ausgebildeten Topfbodens aneinander angeschlossen sind.
Im Anschlussbereich 11 der topfförmigen Durchzüge 9a, 9b sind die Schalenelemente 7a, 7b untereinander stoffschlüssig fest verbunden.
Vorliegend sind bezüglich der stoffschlüssigen Verbindung durch Schweißen, beide Wandungen 8a, 8b der Schalenelemente 7a, 7b im Anschlussbereich 11 der zueinander korrespondierenden Durchzüge 9a, 9b mit koaxial zueinander angeordneten Bohrungen 12a, 12b versehen, welche unterschiedliche Durchmesser aufweisen (3, 4). Hierdurch ist zum einen die Ausbildung einer umlaufenden Schweißnaht 13 gestattet, zum anderen ist eine Material- und demgemäß Gewichtseinsparung zu verzeichnen (4).
Selbstverständlich kann es auch angezeigt sein, statt besagter umlaufender Schweißnaht 13 lediglich einzelne über den Umfang verteilte Schweißnähte respektive Schweißnahtabschnitte oder auch Schweißpunkte vorzusehen (nicht näher dargestellt).
Durch die Erfindung mit erfasst ist auch eine nicht näher dargestellte Ausführungsform, die vorsieht, dass lediglich die Wandung 8a, 8b eines der Schalenelemente 7a, 7b mit zumindest einem Durchzug 9a, 9b ausgebildet ist, welcher sich durch den gebildeten Hohlraum 10 des hohlprofilartigen Trägers 2 erstreckt und an die benachbarte Wandung 8b, 8a des anderen Schalenelementes 7b, 7a angeschlossen ist.
Ebenso können in Anlehnung an letztgenanntes Ausführungsbeispiel auch beide Schalenelemente 7a, 7b Durchzüge 9a, 9b der beschrieben Art aufweisen, jedoch sind diese dann versetzt zueinander angeordnet und schließen an die benachbarte Wandung 8a, 8b direkt an (nicht näher dargestellt).
Wie bereits oben dargetan, lässt sich die erfindungsgemäße Versteifungsstruktur äußerst einfach und kostengünstig im Zuge eines an sich bekannten und demgemäß nicht näher beschriebenen Tiefziehverfahrens zur Herstellung der einzelnen Schalenelemente 7a, 7b des Trägers 2 (Querträgers) aus insbesondere Stahlblech darstellen.
Für den Fachmann sicherlich leicht nachvollziehbar, beschränkt sich die Erfindung jedoch nicht auf besagte Träger 2 respektive Querträger eines Hilfsrahmens 1 eines Kraftfahrzeugs gemäß vorstehenden Ausführungsbeispielen, sondern erfasst jedweden Träger 2 sowohl in Alleinstellung als auch als Bestandteil eines Bauteileverbundes, wobei der Träger 2 zumindest aus einem ersten und einem zweiten Schalenelement 7a, 7b zusammengesetzt, ein im Querschnitt weitestgehend geschlossenes Hohlprofil ausbildet und mittels einfacher und kostengünstiger Maßnahmen eine wirkungsvolle Steifigkeits- und Festigkeitserhöhung ohne zusätzliche massereiche und demgemäß gewichtserhöhende Verstärkungs- bzw. Versteifungsmittel erfahren soll.
Bezugszeichenliste

1: Hilfsrahmen
2: Träger (Querträger)
3: Längsträger
4: Längsträger
5: Anschlussmittel
6: Befestigungsmittel
7a: Schalenelement
7b: Schalenelement
8a: Wandung (Schalenelement 7a)
8b: Wandung (Schalenelement 7b)
9a: Durchzug (Schalenelement 7a)
9b: Durchzug (Schalenelement 7b)
10: Hohlraum
11: Anschlussbereich
12a: Bohrung (Durchzug 9a)
12b: Bohrung (Durchzug 9b)
13: Schweißnaht

Claims

Träger (2) mit einer Versteifungsstruktur, wobei der Träger (2) seinerseits durch ein zumindest aus einem ersten und einem zweiten Schalenelement (7a, 7b) zusammengesetztes, im Querschnitt weitestgehend geschlossenes Hohlprofil gebildet ist, wobei die Schalenelemente (7a, 7b) in ihren Randbereichen zumindest abschnittsweise miteinander fest verbunden sind, und wobei zur Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit des hohlprofilartigen Trägers (2) in die Wandung (8a, 8b) wenigstens eines der zumindest zwei Schalenelemente (7a, 7b) wenigstens ein topfförmiger Durchzug (9a, 9b) eingeformt ist, der seinerseits, sich durch den gebildeten Hohlraum (10) erstreckend, an die benachbarte Wandung (8a, 8b) des anderen Schalenelementes (7a, 7b) angeschlossen und mit demselben im Anschlussbereich (11) fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Wandung (8a) des ersten Schalenelementes (7a) als auch die benachbarte Wandung (8b) des zweiten Schalenelementes (7b) im besagten Anschlussbereich (11) koaxial zueinander angeordnete Bohrungen (12a, 12b) mit unterschiedlichem Durchmesser aufweisen sowie im besagten Anschlussbereich (11) stoffschlüssig durch Schweißung vermittels einer umlaufenden Schweißnaht (13) oder vermittels einer Mehrzahl Schweißnähte oder vermittels eines oder mehrerer Schweißpunkte fest verbunden sind.
Träger (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in die Wandung (8a) des ersten als auch in die Wandung (8b) des zweiten Schalenelementes (7a, 7b) je ein topfförmiger Durchzug (9a, 9b) eingeformt ist, welche ihrerseits koaxial zueinander angeordnet und aufeinander zugerichtet in ihrem Anschlussbereich (11) fest verbunden sind.
Träger (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) Bestandteil eines Hilfsrahmens (1) eines Kraftfahrzeugs ist.
Träger (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) als ein Querträger des Hilfsrahmens (1) ausgebildet ist.
Hilfsrahmen (1) eines Kraftfahrzeugs mit einem versteiften Träger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Kraftfahrzeug mit einem versteiften Träger (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.