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Die
Erfindung betrifft eine Karosserie für einen Personenkraftwagen
mit einer Heckstruktur.
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Die
Heckstruktur einer Karosserie muss sowohl im Normalbetrieb als auch
beim Crash besonderen Belastungen Stand halten. Es ist daher von Bedeutung,
die Heckstruktur sowohl möglichst
deformationsstabil als auch möglichst
biege- und torsionssteif auszubilden. Dies ist von besonderer Bedeutung bei
Kraftwagen mit einer so genannten Trans-Axle-Anordnung im Antriebsstrang.
Bei solchen Kraftwagen ist ein Frontmotor mit einem hinten angeordneten
Getriebe gekoppelt. Innerhalb der Heckstruktur müssen die Kraftpfade somit optimiert
um das Getriebe geleitet und aufgeteilt werden, um insbesondere beim
Heckaufprall Beschädigungen
des Getriebes zu vermeiden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, eine besonders
deformations-, verwindungs- und biegungssteife Karosserie der eingangs
genannten Art zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Karosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1, durch eine Karosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5,
durch eine Karosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, durch
eine Karosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 sowie durch eine
Karosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Die
jeweiligen Unteransprüche geben
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
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Eine
erste Variante einer erfindungsgemäßen Karosserie für einen
Personenkraftwagen weist eine Heckstruktur mit jeweiligen hinteren
Längsträgern auf,
welche sich von einer Rückwand
der Fahrgastzelle des Kraftwagens in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten erstrecken.
Die hinteren Längsträger sind
dabei mit einem jeweiligen Stützbereich
an einem jeweils komplementären
Stützbereich
eines auf Höhe
der Rückwand
verlaufenden Querträgers
abgestützt.
Bei einem Heckaufprall wird somit ein durchgängiger Kraftpfad geschaffen,
der eingeleitete Kräfte über den
Querträger
auf weitere Bauteile der Karosserie ableiten kann.
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Der
Querträger
und die hinteren Längsträger verlaufen
hierbei im Wesentlichen auf einer Höhe. Bevorzugt ist der Querträger dabei
zwischen jeweiligen B-Säulen
der Karosserie befestigt, um so einen Pfad zur Ableitung eingeleiteter
Kräfte
bereitzustellen. Die Längsträger sind
weiterhin bevorzugt mit einer jeweiligen Querlenkeraufnahme und/oder
Federbeinaufnahme verbunden. So können auch Fahrwerkskräfte in die
Heckstruktur eingeleitet und abgestützt werden.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Karosserie für einen Personenkraftwagen
mit einer Heckstruktur mit jeweiligen hinteren Längsträgern, welche sich von einer
Rückwand
der Fahrgastzelle des Kraftwagens in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten erstrecken.
Weiterhin umfasst eine solche Karosserie eine in Fahrzeughochrichtung
unterhalb der hinteren Längsträger verlaufende
untere Längsträgerebene, wobei
die untere Längsträgerebene
wenigstens zwei Trägerelemente
umfasst. Über
diese Trägerelemente ist
eine Querlenkeraufnahme und/oder Federbeinaufnahme an zwei unterschiedlichen
weiteren Karosseriebauteilen des Kraftwagens abgestützt. In
Fahrzeuglängsrichtung
in die Heckstruktur eingeleitete Kräfte werden also auf Höhe der unteren
Längsträgerebene
in wenigstens zwei unterschiedliche Kraftpfade aufgeteilt. Diese
schließen
notwendigerweise einen Winkel zu den Längsträgern ein, so dass sich eine
besonders gute Abstützung
der Heckstruktur gegen Biegung ergibt.
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Bevorzugt
ist die Querlenkeraufnahme und/oder Federbeinaufnahme mit einem
ersten Trägerelement
an einem Tunnelbodenprofil eines Tunnels und mit einem zweiten Trägerelement
an einem Seitenschweller abgestützt.
Zusätzlich
kann ein drittes Trägerelement
vorgesehen sein, über
welches die Querlenkeraufnahme und/oder Federbeinaufnahme an einem
Tunneldach des Mitteltunnels abgestützt ist. Dadurch ergibt sich
eine besonders stabile Anbindung der Heckstruktur an eine Fahrgastzelle der
Karosserie, die insbesondere stabil gegen Biegung ist.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Karosserie für einen Personenkraftwagen
mit einem auf Höhe einer
Rückwand
der Fahrgastzelle des Kraftwagens verlaufenden Querträger, welcher
mittelbar über
ein Stützelement
an einer jeweiligen B-Säule
des Kraftwagens abgestützt
ist. Hierdurch können
bauraumbedingte Beschränkungen
der Anbindungsgeometrie zwischen dem Querträger und der jeweiligen B-Säule umgangen
werden, so dass der Kraftpfad, der durch den Querträger auf
Höhe der
Rückwand
verläuft,
ideal in die B-Säule
eingeleitet werden kann.
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Hierzu
umfasst das Stützelement
wenigstens zwei Abstützflächen, welche
quer, im Wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen und an der
jeweiligen B-Säule
abgestützt
sind. Weiterhin kann eine weitere Abstützfläche vorgesehen sein, welche einen
spitzen Winkel mit einer der beiden anderen Abstützflächen einschließt. Damit
können
Kräfte
aus einer Mehrzahl von Richtungen ideal an der B-Säule abgestützt werden,
so dass der Verbindungsbereich zwischen Querträger und B-Säule sowohl gegen Deformationen,
als auch gegen Torsion und Biegung besonders stabil ausgebildet
ist.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Karosserie für einen Personenkraftwagen
mit einer Heckstruktur mit jeweiligen Längsträgern, welches sich von einer
Rückwand
der Fahrgastzelle des Kraftwagens in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten erstrecken.
In dieser Variante der erfindungsgemäßen Heckstruktur ist weiterhin
eine hintere Querlenkeraufnahme und/oder eine hintere Federbeinaufnahme der
Karosserie auf Höhe
der hinteren Längsträger über eine
Fahrzeugquerträger
verlaufendes Versteifungselement, insbesondere ein Torsionsrohr,
miteinander verbunden. Zwischen den genannten Fahrwerksaufnahmen
wirken im Wesentlichen Torsionskräfte und Querkräfte in Fahrzeugquerrichtung,
welche über
das Fahrwerk in die Karosserie eingeleitet werden. Ein Torsionsrohr
ist für
solche Belastungen der ideale Querschnitt.
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Durch
zusätzliche
Bauteile kann die Torsionsstabilität der Karosserie in diesem
Bereich noch weiter erhöht
werden. Bevorzugt wird hier zu einem wesentlichen U-förmiges Verstärkungselement
mit dem Torsionsrohr verbunden, wobei die beiden seitlichen Schenkel
des Verstärkungselements
in Fahrzeughochrichtung nach unten abragen und der mittlere Schenkel
des Verstärkungselements
parallel zu einer Erstreckungsrichtung des Torsionsrohrs verläuft. Die
beiden seitlichen Schenkel dieses U-förmigen Verstärkungselements
können
durch einen zusätzlichen
Montageträger
in Fahrzeugquerrichtung miteinander verbunden werden, so dass ein
geschlossener Rahmen gebildet wird, welcher besonders stabil gegen
Torsionsverformungen ist.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine Karosserie für einen Personenkraftwagen
mit einer Heckstruktur, welche ebenfalls jeweilige hintere Längsträger einer
oberen Längsträgerebene
aufweist, welche sich von einer Rückwand der Fahrgastzelle des
Kraftwagens in Fahrzeuglängsrichtung
nach hinten erstrecken. In dieser Variante der Erfindung ist eine
in Fahrzeughochrichtung unterhalb der hinteren Längsträger verlaufende untere Längsträgerebene
vorgesehen, wobei ein Tunnelportal des Mittelstunnels der Karosserie
sowohl mit einem Trägerelement
der oberen als auch der unteren Längsträgerebene verbunden ist. Damit
können
Längskräfte sowohl
von der oberen Längsträgerebene,
als auch von der unteren Längsträgerebene
in eine Mitteltunnelstruktur der Karosserie eingeleitet und von
dieser in Richtung der Fahrzeuglängsachse
nach vorne abgeleitet werden.
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Bevorzugt
ist überdies
wenigstens ein Trägerelement
der unteren sowie der oberen Längsträgerebene
mit einer Querlenkeraufnahme und/oder Federbeinaufnahme verbunden,
so dass Fahrwerkskräfte
in beide Längsträgerebenen
eingeleitet werden können.
Ferner kann eine Verbindung der Querlenkeraufnahme und/oder Federbeinaufnahme
mit einer B-Säule
vorgesehen sein. Hierdurch ergibt sich ein geschlossener Rahmen
aus Trägerelementen beider
Längsträgerebenen
sowie der B-Säule und den
jeweiligen Fahrwerksaufnahmen, was der Karosserie eine besonders
hohe Stabilität
verleiht.
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Die
in den einzelnen Varianten der Erfindung geschilderten Merkmale
sind im Übrigen
frei untereinander kombinierbar, was insbesondere für die Merkmale
der nebengeordneten Ansprüche
gilt. Diese sind nicht als alternative Ausführungsformen zu verstehen,
sondern als Aspekte der Erfindung, welche sowohl allein für sich stehen
können
als auch in Kombination untereinander weitere vorteilhafte Karosserien
beschreiben.
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Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung
näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Heckstruktur
für eine erfindungsgemäße Karosserie
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2 eine
Detailansicht der Anbindung einer Querlenkeraufnahme an einen Längsträger der Heckstruktur
gemäß 1
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3 eine
weitere Detailansicht der Anbindung der Querlenkeraufnahme an den
Längsträger gemäß 2
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4 eine
Ansicht der Heckstruktur gemäß 1 vom
Fahrzeugheck aus betrachtet
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5 eine
Detailansicht der Anbindung eines Querträgers an eine B-Säule der
Heckstruktur gemäß 1
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6 eine
Schnittdarstellung durch den Anbindungsbereich zwischen B-Säule und
Querträger gemäß 5
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7 eine
Darstellung der Kraftpfade in einer Heckstruktur gemäß 1.
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Eine
im Ganzen mit 10 bezeichnete Heckstruktur für ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Karosserie
umfasst eine obere Längsträgerebene 12 mit
jeweiligen Längsträgern 14,
die sich vom Bereich einer Heckwand 16 der Heckstruktur 10 in
Fahrzeuglängsrichtung
nach hinten erstrecken. Die Längsträger 14 sind
dabei unmittelbar mit einem Querträger 18 der Heckwand
verbunden und stützen sich über einen
Stützbereich 20 an
einen korrespondierenden Stützbereich 22 des
Querträgers 18.
Aus Richtung des Fahrzeugsheck eingeleitete Kräfte können somit unmittelbar an den
Querträger 18 weitergegeben
werden.
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Mit
den Längsträgern 14 verbunden
ist eine als Gussbauteil ausgebildete Querlenkeraufnahme 24 sowie
eine Federbeinaufnahme 26. Querlenkeraufnahme 24 und
Federbeinaufnahme 26 erstrecken sich nach oben und vorne
von den Längsträgern 14 weg
und sind an die B-Säulen 28 der
Karosserie angebunden. Über
ein Zwischenelement 30 ist der Querträger 18 ebenfalls mit
den B-Säulen 28 verbunden.
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In
Fahrzeuglängsrichtung
unterhalb der oberen Querträgerebene 12 ist
eine untere Querträgerebene 12 vorgesehen.
Trägerelemente 34 der
unteren Längsträgerebene 32 verbinden
Querträgeraufnahme 24 sowie
Federbeinaufnahme 26 mit den B-Säulen 28 in Höhe eines
Seitenschwellers 36. Weitere Trägerelemente 38 der
unteren Längsträgerebene 32 verbinden
die Querlenkeraufnahme 24 sowie die Federbeinaufnahme 26 mit
einem Tunnelportal 40, welches einen hinteren Abschluss
des Mitteltunnels bildet. Das Tunnelportal 40 ist gleichzeitig
durch Querstreben 42 ebenfalls auf Höhe des Seitenschwellers 36 mit
den B-Säulen 28 verbunden.
Neben der Anbindung an die untere Längsträgerebene 32 stellt
das Tunnelportal 40 über
einen Anbindungsbereich 44 eine Anbindung an die obere
Längsträgerebene 12 zur
Verfügung,
welche mittelbar über
den Querträger 18 erfolgt.
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Querlenkeraufnahme 24 und
Federbeinaufnahme 26 sind weiterhin über ein Torsionsrohr 46 verbunden,
welches durch ein U-förmiges
Verstärkungselement 48 verstärkt wird.
Das U-förmige
Verstärkungselement 48 weist
zwei seitliche Schenkel 50 auf, welche in Fahrzeughochrichtung
nach unten hin verlaufen und in Fahrzeugquerrichtung über einen
mittleren Schenkel 52, der parallel zum Torsionsrohr 46 verläuft, verbunden
sind. Die Schenkel 50 stellen gleichzeitig einen weiteren
Anbindungspunkt an die Querlenkeraufnahme 24 zur Verfügung.
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Wie
in den 2 und 3 zu erkennen ist, sind die
Längsträger 14 als
Zweikammerprofile ausgebildet, deren Kammern 54, 56 durch
eine senkrechte Trennwand 58 getrennt sind. Wenigstens
eine Kammer 54, 56 ist dabei direkt am Querträger 18 abgestützt. Im
Bereich der Anbindung der Längsträger 14 an
die Querlenkeraufnahme 24 bzw. Federbeinaufnahme 26 ist
wenigstens eine Kammer des Längsträgers unterbrochen,
so dass Anbindungspunkte in Fahrzeugquerrichtung durch die als Gussbauteil
ausgeführten
Federbeinaufnahmen 26 bzw. Querlenkeraufnahmen 24 in
den Längsträger integriert
werden können.
Dadurch wird in Fahrzeugquerrichtung eine besonders hohe Packungsdichte erzielt.
Die als Gussbauteil ausgebildeten Querlenkeraufnahmen 24 stellen
dabei gleichzeitig die Querlenkerschraubdome zum Verbinden der Querlenkeraufnahme 24 mit
dem Längsträger 14 dar,
so dass keine Zusatzbauteile benötigt
werden.
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In 4 ist
eine Ansicht der Heckstruktur 10 von der Fahrzeugrückseite
dargestellt. Hier wird die Anordnung der Träger der unteren Längsträgerebene 32 besonders
deutlich. Vom auf die Fahrgastzelle gerichteten Endbereichen 60 der
Querlenkeraufnahmen 24 erstrecken sich Trägerelemente 34 bis
zum unteren Bereich der B-Säule 28 und
stellen so eine Anbindung an den Seitenschweller 36 her.
Weitere Längsträgerelemente 34 verlaufen
von Fahrgastzellenseitigen Bereich 60 der Querlenkeraufnahmen 24 bis
zum unteren Bereich 62 einer Tunnelbrücke 40. Hierdurch
wird eine Anbindung der unteren Längsträgerebene 32 an den
Tunnelboden gewährleistet.
Zusätzliche
Längsträgerelemente 64 verlaufen
schließlich
vom fahrgastzellenseitigen Bereich 60 der Querlenkeraufnahmen 24 bis
zu einem oberen Bereich 66 der Tunnelbrücke 40 und stellen
damit eine Anbindung an das Tunneldach zur Verfügung. Hierdurch wird eine besonders
biegesteife Anbindung der Heckstruktur 10 an eine Fahrgastzelle
des Kraftwagens geschaffen.
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Um
eine besonders bauraumsparende und noch stabilere Verbindung des
Querträgers 18 an
die B-Säulen 28 zur
Verfügung
zu stellen, ist, wie bereits geschildert, ein Zwischenelement 30 vorgesehen. Der
Anbindungsbereich zwischen dem Zwischenelement 30 und der
B-Säule 28 ist
in den 5 und 6 nochmals im Detail dargestellt. 5 zeigt
zunächst
wie sich aus der Federbeinaufnahme 26, den Streben 42 und 34,
dem Längsträger 18 und
der B-Säule 28 eine
mehrfach verstrebte, besonders verwindungs- und biegesteife Struktur
ergibt.
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Um
die Abstützung
des Querträgers 18 an der
B-Säule 28 zu
verbessern, weist das Verbindungselement 30 zwei Stützflächen 68, 70 auf,
welche im Wesentlichen senkrecht zueinander stehen und sich an komplementären Wandungen 72, 74 der als
Mehrkammerprofil ausgebildeten B-Säule 28 abstützen. Eine
dritte Abstützfläche 76 stützt sich
an einer schräg
dazu verlaufenden Wandung 78 der B-Säule 28 ab. Durch die
Mehrzahl an in unterschiedlichen Winkeln an die B-Säule 28 anliegenden
Stützflächen 68, 70, 76 wird
ein Verbindung zwischen dem Querträger 18 und der B-Säule 28 geschaffen,
die gegenüber
Belastungen in mehreren Richtungen stabil ist. Alle in den Querträger 18 einlaufenden
Kraftpfade können über diese
Stützflächen optimal
auf die B-Säule 28 weitergeleitet
werden.
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7 zeigt
nochmals eine Gesamtansicht der Heckstruktur 10 zusammen
mit den Richtungen des Hauptkraftflusses im Bereich der Anbindung
an die Fahrgastzelle. Kräfte
werden sowohl über
die Streben 42 und 38 entlang der Pfeile 80 und 82 aus der
unteren Längsträgerebene 32 in
die Tunnelbrücke 40 eingeleitet.
Diese in der unteren Längsträgerebenen 32 eingeleiteten
Kräfte
werden über
die nicht dargestellte Tunnelstruktur entlang der Pfeile 84 in
Fahrzeuglängsrichtung
weitergeleitet. Über
die obere Längsträgerebene 10 in
Richtung der Pfeile 86 eingeleitete Kräfte werden dagegen über die
Längsträger 14 und
den Querträger 18 in
den Anbindungsbereich 44 zwischen Querträger 18 und
Tunnelbrücke 40 eingeleitet
und dementsprechend im oberen Bereich der Mitteltunnelstruktur nach
vorne weitergeleitet. Zusätzlich
dienen die Seitenschweller, die hier nicht dargestellt sind, der
Weiterleitung von Kräften
in Fahrzeuglängsrichtung.
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Um
eine besonders gute Stabilität
der Fahrwerksanbindung zur Verfügung
zu stellen, weisen die Querlenkeraufnahme 24 und die Federbeinaufnahme 26 jeweilige
Rippenstrukturen auf. Die beiden Bauteile 24, 26 sind
dabei als getrennte Gussbauteile dargestellt, welche in unterschiedlichen
Entformungsrichtungen hergestellt sind. Da die Hauptbelastung des
Fahrwerks in Fahrzeugquerrichtung (y) eingeleitet wird, ist das
Gussbauteil für
die Querlenkeraufnahme 24 in y-Richtung entformt, so dass
dessen Versteifungsrippen auch in Fahrzeugquerrichtung verlaufen.
Die Hauptbelastung, die über
das Federbein eingeleitet wird, verläuft dagegen in Fahrzeughochrichtung,
so dass das Gussbauteil für
die Federbeinaufnahme in dieser Richtung entformt wird, damit dessen
Versteifungsrippen ebenfalls in Fahrzeughochrichtung verlaufen.
Durch die Ausbildung der Bauteile 24, 26 als Gussbauteile
können
in die genannten Bauteile mehrere Funktionen integriert werden.
Beispielsweise ist es möglich,
Anschraubmöglichkeiten
für einen
Querträger,
eine Hutablage, einen Gurtumlenker, eine Anbindung für ein Verdeck für einen
Roadster und dergleichen mitintegriert werden.
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Auch
das Tunnelportal 40 ist als Gussbauteil mit einer versteifenden
Rippenstruktur ausgeführt, um
eine ideale Kraftflussweitergabe in den Tunnelboden und das Tunneldach
zu ermöglichen.
Auf Grund der zickzackförmigen
Rippenstruktur ist das Tunnelportal dabei besonders stabil gegenüber Kräften in Fahrzeugquerrichtung
und Hochrichtung. Trotz der hohen Stabilität wird ein möglichst
großer
Durchtrittsraum für
den Antriebsstrang erhalten.
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Eine
Versteifung gegenüber
Torsionen wird weiterhin durch das Torsionsrohr 46 in Verbindung mit
dem Verstärkungsteil 48 erreicht.
Die in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Schenkel 50 können an
ihrer unteren Seiten noch über
einen Montageträger
verbunden werden, um Verbindungssteifigkeit durch die Ausbildung
eines geschlossenen Rahmens zu erhöhen. Da zwischen den Federbeinaufnahmen 26 im
Wesentlichen Torsionskräfte
und Querkräfte wirken
ist ein Rohr, wie das Torsionsrohr 46, hier der ideale
Querschnitt um die Belastungen aufzunehmen.