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Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur für ein Fahrzeug, mit mindestens einem Rahmen, welcher einen ersten Träger und einen zweiten Träger, der zum ersten Träger beabstandet ist, umfasst.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug.
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Das Fahrzeug kann dabei grundsätzlich ein Landfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Luftfahrzeug sein.
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Eine Tragstruktur (Karosseriestruktur) eines Fahrzeugs sorgt für die strukturelle Stabilität des Fahrzeugs. An ihr sind weitere Elemente fixiert. Beispielsweise ist eine Tragstruktur als Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. An dieser Bodenstruktur sind Elemente wie A-Säulen, B-Säulen usw. fixiert.
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Aus der
DE 10 2008 015 960 A1 ist ein Fahrzeug mit mindestens einer Energieabsorptionsvorrichtung zur Absorption von Aufprallenergie bekannt, wobei die mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung eine sich entlang einer Wandstrukturachse erstreckende Wandstruktur umfasst, welche eine erste Wand und eine bezogen auf die erste Wand fahrzeuginnenseitig angeordnete zweite Wand umfasst, wobei zwischen den Wänden mindestens eine Zusatzstruktur angeordnet ist, welche einer aufprallbedingten Verkleinerung des Abstands zwischen den Wänden entgegenwirkt, so dass eine Aufprallenergie durch Dehnung zumindest eines Teils der Wandstruktur absorbierbar ist.
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Aus der
AT 006 797 U2 ist ein Modul einer Sicherheitszelle bekannt, welches aus einem zumindest aus drei geschlossenen, einander durchdringenden, biegesteif ausgeführten Rahmenebenen aufgebauten Rahmen besteht.
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Aus der
US 2,189,719 ist ein Automobilrahmen bekannt, welcher ein Paar von longitudinalen Seitenträgern umfasst, und eine Mehrzahl von unabhängigen endlosen Schleifengliedern, welche starr mit den Trägern verbunden sind und starr miteinander verbunden sind.
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Aus der
KR 1020050109850 A ist ein Unterrahmen eines Fahrzeugs bekannt, welcher ein Zentralglied umfasst, welches wie ein kreisförmiges oder ovales Band ausgebildet ist und mindestens zwei Befestigungseinheiten sind an der Außenseite mit dem zentralen Glied verbunden.
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Aus der
DE 765 683 ist ein Fahrzeugrahmen oder Wagenkastenunterteil bekannt, bestehend aus einem mittleren Teil mit durchweg ebener Unterfläche und mit diesem fest verbundenen Vorsprüngen, die zur Abstützung der Räder und zur Aufnahme des Motors dienen, wobei der mittlere Teil als ein in sich geschlossenes Oval ausgebildet ist.
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Aus der
US 2004/0066025 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, welches eine Karosserie mit einem ”by-wire”-Bremssystem aufweist.
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Aus der
DE 857 896 ist ein Fahrgestell für Kraftfahrzeuge mit einer das Fahrzeug ringförmig umgebenden, im Querschnitt konvexen Schutzleiste bekannt, wobei ein Rahmen im Bereich der Fahrzeugmitte mit seinen Längsträgern innerhalb der Wölbung der Schutzleiste liegt.
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Aus der
GB 688982 ist ein Motorfahrzeugrahmen bekannt, welcher zwei longitudinale und zwei transversale Glieder aufweist.
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Aus der
US 2004/0245033 A1 ist eine Fahrzeugkörperstruktur mit einem Karosseriebahnen und einem Kabinenbereich bekannt. Es ist ein Verrückungsmechanismus vorgesehen, welcher den Kabinenbereich mit dem Karosserierahmen verbindet in der Art und Weise, dass der Kabinenbereich sich unabhängig von dem Karosserierahmen in Antwort auf eine Aufpralllast bewegen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tragstruktur der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei einem Crash eine hohe Energieabsorptionsfähigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Tragstruktur erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Querträgereinrichtung mindestens eine erste Bogenstrebe und eine zweite Bogenstrebe aufweist, welche jeweils mit dem ersten Träger und dem zweiten Träger verbunden sind und welche jeweils eine Krümmung aufweisen, dass die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe an der Verbindungsstelle mit einem Träger ineinander übergehen und eine über Dehnung aufweitbare innere Verbindungsstruktur bilden und dass die innere Verbindungsstruktur beabstandet zu dem mindestens einen Querträger ist.
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Die Träger des Rahmens sind Energieabsorptionsträger.
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Zwischen den beiden Trägern sitzen bei einer Ausführungsform die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe, die eine innere Verbindungsstruktur bilden. Wenn eine Last auftritt, dann führt dies zu einer Aufweitung der Verbindungsstruktur mit der ersten Bogenstrebe und der zweiten Bogenstrebe. Es erfolgt dabei eine Verbiegung als Ganzes. Dadurch lässt sich eine hohe Menge an Crashenergie absorbieren, ohne dass das Material der Querträgereinrichtung an der Verbindungsstruktur lokal überbeansprucht wird. Es lassen sich so beispielsweise Dehnungen durchführen, die in der Größenordnung von 2% oder weniger liegen.
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Da das Eindringen eines Pfahls oder einer anderen Last ein Aufweiten der Verbindungsstruktur bewirkt, lässt sich die Eindringtiefe und die Eindringgeschwindigkeit im Crashfall verringern.
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Die Träger können beispielsweise vordere Längsträger und/oder hintere Längsträger und/oder Seitenschweller sein. Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich bei einer Seitenlast bzw. Vorderlast oder Hinterlast die Eindringtiefe und die Eindringgeschwindigkeit im Crashfall verringern.
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Die gewichtsspezifische Energieabsorption lässt sich erhöhen.
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Die erfindungsgemäße Tragstruktur ist grundsätzlich auch für den Leichtbau geeignet. Als Bogenstreben und Träger lassen sich Materialien mit einer gewissen Dehnbarkeit einsetzen, wie sie auch im Leichtbau verwendet werden (wie beispielsweise Stahlsorten wie X-IP oder Triplex-Stähle). Grundsätzlich lassen sich dabei Träger und/oder Bogenstreben und/oder Querträger als Energieabsorptionsvorrichtung gemäß der
DE 10 2008 015 960 A1 mit einer innenliegenden Zusatzstruktur ausbilden. Auf die
DE 10 2008 015 960 A1 wird ausdrücklich Bezug genommen und diese Druckschrift wird Teil der Offenbarung gemacht.
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Weil sich der Rahmen durch die gekrümmten Elemente als Ganzes verformt, unterliegen größere Materialbereiche der Verformung. Dies führt zu lokal geringeren Beanspruchungen und zur besseren Ausnutzung des Materials. Dadurch können mit gleichen oder verbesserten Crasheigenschaften leichtere Rahmenstrukturen realisiert werden.
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Durch die Krümmung der Bogenstreben ist es möglich, die Verbindungsstruktur, welche zwischen den Trägern liegt, mindestens näherungsweise so auszugestalten, dass sich bei unterschiedlichen Lastfällen ein möglichst homogener Verlauf der Dehnungen ergibt.
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Alternativ oder zusätzlich weisen der erste Träger und/oder der zweite Träger eine Krümmung auf. Dadurch können die Träger (beispielsweise als Seitenschweller und/oder Längsträger) über Verbiegung als Ganzes eine hohe Menge an Crashenergie absorbieren. Dadurch wiederum lässt sich die Eindringtiefe und die Eindringgeschwindigkeit eines Pfahls oder dergleichen im Crashfall verringern.
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Insbesondere ist eine Bogenlänge jeweils der ersten Bogenstrebe und der zweiten Bogenstrebe größer als ein Abstand zwischen dem ersten Träger und dem zweiten Träger. Dadurch lässt sich eine Krümmung zur optimalen Energieabsorption erreichen.
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Günstigerweise sind die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe jeweils von der anderen Bogenstrebe weg konvex gekrümmt. Dadurch lässt sich eine optimierte Energieabsorption im Seitencrashfall erreichen.
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Es ist ferner günstig, wenn die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet und ausgebildet sind. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Dehnung des Materials entlang der gesamten Bogenstreben im Crashfall erreichen mit entsprechendem Aufweiten der Verbindungsstruktur. Dadurch wiederum lässt sich die Gefahr lokaler Materialüberbeanspruchung reduzieren.
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Günstigerweise liegen die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe innerhalb einer unteren Einhüllendenebene und einer oberen Einhüllendenebene des ersten Trägers und des zweiten Trägers. Dadurch lässt sich eine Dehnung gleichmäßig auf die Verbindungsstruktur aufteilen mit entsprechender Aufweitung der Struktur. Die Energieabsorption lässt sich ”eben” halten, so dass diese optimiert ist.
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Günstigerweise verlaufen die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe an einer Verbindungsstelle mit einem Träger jeweils tangential zu dem Träger. Dadurch lassen sich Kraftspitzen und dergleichen abbauen und im seitlichen Crashfall lassen sich Kräfte optimiert in die Verbindungsstruktur mit der ersten Bogenstrebe und der zweiten Bogenstrebe einleiten.
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Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe an der Verbindungsstelle mit einem Träger ineinander übergehen. Dadurch werden kantige Übergänge und dergleichen, an denen Kraftspitzen auftreten können, vermieden.
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Insbesondere begrenzen die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe einen Innenraum, welcher eine glatte Begrenzungskurve aufweist. Dadurch werden Kanten und dergleichen mit eventuellen Kraftspitzen vermieden.
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Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe einen Innenraum begrenzen, welcher im Querschnitt ovalförmig oder ellipsenförmig oder kreisförmig ist. Dadurch lässt es sich im Seitencrashfall erreichen, dass die Dehnung über einen großen Bereich der Bogenstreben erfolgt und sich zur Energieabsorption diese Kernstruktur aufweiten lässt.
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Günstig ist es, wenn die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe jeweils einstückig ausgebildet sind. Dadurch lassen sich Spannungspitzen mit lokaler Materialüberbeanspruchung weitgehend vermeiden.
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Günstigerweise sind die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe jeweils aus einem dehnbaren Material hergestellt. Grundsätzlich genügt es, wenn die Dehnbarkeit des Materials beispielsweise unter 4% und insbesondere unter 3% liegt. Es lässt sich dadurch zur Energieabsorption die Verbindungsstruktur über Dehnung aufweiten.
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Es ist möglich, dass die Träger und/oder die erste Bogenstrebe und/oder die zweite Bogenstrebe aus einem metallischen Werkstoff oder einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sind. Beispielsweise können Stahlsorten wie X-IP oder Triplex-Stähle eingesetzt werden, die eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher Dehnung aufweisen. Auch Faserverbundwerkstoffe mit einer Faserverstärkung, die eine gewisse Dehnbarkeit haben, können eingesetzt werden. Beispielsweise können Faserwerkstoffe mit Kunststofffasern eingesetzt werden. Es ist auch möglich, Werkstoffe einzusetzen, die nur eine elastische Dehnbarkeit aufweisen, wie beispielsweise GFK-Werkstoffe.
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Es ist grundsätzlich möglich, dass der erste Träger und/oder der zweite Träger eine gerade seitliche Außenkontur oder eine gekrümmte seitliche Außenkontur aufweisen. Bei einer geraden Außenkontur kann ein Fahrzeug mit entsprechend großem Innenraum ausgestaltet werden. Wenn eine Krümmung der seitlichen Außenkontur vorgesehen ist, dann kann beispielsweise eine aerodynamisch günstigere Außenkontur realisiert werden. Bei einer gekrümmten Außenkontur lässt sich auch eine höhere Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen in der Wirkrichtung und dem Angriffspunkt von seitlichen Crashlasten erreichen.
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Günstig ist es, wenn die erste Bogenstrebe und die zweite Bogenstrebe in einem mittleren Bereich des ersten Trägers und des zweiten Trägers bezogen auf deren Gesamtlänge angeordnet sind. Dadurch ist eine Anpassung an mögliche seitliche Crashbereiche realisiert.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Querträgereinrichtung mindestens einen Querträger, welcher im Bereich eines jeweiligen Endes der ersten Trägers und des zweiten Trägers diese miteinander verbindet. Der mindestens eine Querträger sorgt für eine stabile Rahmenausbildung der Tragstruktur.
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Es kann dabei sein, dass der mindestens eine Querträger am Vorderrahmen oder Hinterrahmen angeordnet ist. Ein Vorderrahmen kann beispielsweise zum Halten eines Motorblocks dienen.
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Günstig ist es, wenn zwischen dem mindestens einen Querträger und einem Träger mindestens eine Verbindungsstrebe angeordnet ist. Diese Verbindungsstrebe sorgt für eine zusätzliche Versteifung. Dadurch lässt sich die Energieabsorptionsfähigkeit weiter erhöhen.
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Es kann dabei vorgesehen sein, dass die mindestens eine Verbindungsstrebe eine Krümmung aufweist, um eine optimierte Krafteinleitung und Energieabsorption zu ermöglichen.
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Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Verbindungsstrebe an einem Verbindungsbereich mit dem entsprechenden Träger verbunden, an dem die erste Bogenstrebe und/oder die zweite Bogenstrebe mit dem Träger verbunden sind. Dadurch lässt sich eine optimierte Kräfteeinleitung mit hoher Energieabsorptionsfähigkeit erreichen.
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Es ist ferner günstig, wenn ein Vorderrahmen oder Hinterrahmen im Bereich einer Verbindungsstelle einer Verbindungsstrebe mit dem entsprechenden Querträger angeordnet sind. Der Vorderrahmen ist beispielsweise mit dem entsprechenden Querträger gegenüberliegend der genannten Verbindungsstelle angeordnet. Dadurch kann in einem Crashfall eine Kräfteableitung über Verbindungsstreben erfolgen.
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Bei einer Ausführungsform sind mindestens zwei Rahmen vorgesehen, welche beabstandet zueinander sind mit einem Zwischenraum zwischen den Rahmen. In dem Zwischenraum können weitere Elemente eines Fahrzeugs angeordnet werden wie beispielsweise mindestens teilweise eine Antriebswelle und/oder eine Abgasanlage.
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Es kann vorgesehen sein, dass der erste Träger und/oder der zweite Träger nach außen voneinander weg konvex gekrümmt sind. Dadurch lässt sich im Crashfall Energie absorbieren durch Aufweitung dieser Struktur. Insbesondere sind die Träger spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet.
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Bei einer Ausführungsform sind der erste Träger und der zweite Träger direkt miteinander verbunden. Dadurch lässt sich eine hohe Energieabsorptionsfähigkeit sowohl im Seitenlastcrashfall als auch im Vorderlastcrashfall und Hinterlastcrashfall erreichen unter Gewichtsminimierung der entsprechenden Rahmenstruktur. Die Träger gehen dabei insbesondere tangential ineinander über.
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Es ist dann günstig, wenn der erste Träger und der zweite Träger ein Oval formen. Eine entsprechende Rahmenstruktur weist eine hohe Energieabsorptionsfähigkeit auf. Die hohe gewichtsspezifische Energieabsorptionsfähigkeit liegt, da diese Rahmenstruktur über ihren gesamten Verlauf hin gekrümmt ist, sowohl im Vorderlastcrashfall, Hinterlastcrashfall als auch Seitenlastcrashfall vor.
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Bei einer Ausführungsform sind der erste Träger und der zweite Träger jeweils mit gegenüberliegenden Querträgern verbunden und es ist jeweils mindestens eine Längsstrebe mit den Querträgern und dem zugeordneten Träger verbunden. Dadurch ergibt sich eine steife Struktur mit hoher Energieabsorptionsfähigkeit im Crashfall. Über die Längsstreben lässt sich der Rahmenstruktur beispielsweise eine mindestens näherungsweise gerade seitliche Außenkontur geben.
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Es ist in diesem Zusammenhang vorteilhaft, wenn die Träger zwischen den Längsstreben angeordnet sind. Die Längsstreben liegen dadurch am weitesten außen. Dadurch kann dem Fahrzeug eine mindestens näherungsweise rechteckige Gestalt gegeben werden. Die (gekrümmten) Träger, die innenliegend sind, sorgen für eine hohe Energieabsorptionsfähigkeit.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Tragstruktur als Bodenstruktur für das Fahrzeug ausgebildet. An dieser Bodenstruktur sitzen dann weitere Elemente wie A-Säulen, B-Säulen usw.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug weist die erfindungsgemäße Tragstruktur auf.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tragstruktur; und
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2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tragstruktur;
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3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tragstruktur;
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4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tragstruktur;
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5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tragstruktur; und
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6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tragstruktur.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tragstruktur, welches in 1 gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst einen ersten Träger 12 (Energieabsorptionsträger) und einen zweiten Träger 14 (Energieabsorptionsträger).
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Der erste Träger 12 und der zweite Träger 14 sind beispielsweise seitliche Schweller. Es ist auch möglich, dass die Träger Längsträger wie vorderer und hinterer Längsträger sind. Weiterhin ist es möglich, dass die Träger sowohl Seitenschweller als auch Längsträger sind (siehe 5).
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Die beiden Träger 12 und 14 sind beabstandet zueinander angeordnet mit einem dazwischen liegenden Zwischenraum 16. Der erste Träger 12 und der zweite Träger 14 weisen eine gemeinsame untere Einhüllendenebene 18 und eine obere Einhüllendenebene 20 auf. Zwischen diesen beiden Einhüllendenebenen 18, 20 erstrecken sich die Träger 12 und 14 in einer Höhenrichtung 22. Die Höhenrichtung 22 liegt dabei quer und insbesondere orthogonal zu einer Längserstreckungsrichtung 24 des ersten Trägers 12 und des zweiten Trägers 14.
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Der erste Träger 12 und der zweite Träger 14 können jeweils eine seitliche Außenkontur 26 aufweisen, welche gerade ist.
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Die seitliche Außenkontur 26 kann auch gekrümmt sein und insbesondere bogenförmig sein. Beispielsweise kann sie Teil eines ellipsiodalen Zylinders sein. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, um eine aerodynamische Außenstruktur eines Fahrzeugs, welches mit der Tragstruktur 10 versehen ist, bereitzustellen.
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Der erste Träger 12 und der zweite Träger 14 sind bevorzugterweise symmetrisch zu einer Mittelebene 28 angeordnet und ausgebildet.
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Der erste Träger 12 und der zweite Träger 14 sind über eine Querträgereinrichtung 30 miteinander verbunden. Die Querträgereinrichtung 30 umfasst dabei einen ersten Querträger 32, welcher den ersten Träger 12 und den zweiten Träger 14 im Bereich eines ersten Endes 34 (bezogen auf die Längserstreckungsrichtung 24 der Träger 12 und 14) miteinander verbindet. Sie umfasst ferner einen zweiten Querträger 36, welcher die Träger 12 und 14 im Bereich eines zweiten Endes 38, welches dem ersten Ende 34 gegenüberliegt, miteinander verbindet.
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Die Träger
12,
14 und/oder die Querträgereinrichtung
30 können mit einer Zusatzstruktur versehen sein, wie sie in der
DE 10 2008 015 960 A1 beschrieben ist. Auf diese Druckschrift wird ausdrücklich Bezug genommen und diese wird hiermit zum Teil der Offenbarung gemacht.
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An dem ersten Querträger 32 sitzt beispielsweise ein Vorderrahmen 40. An dem zweiten Querträger 36 sitzt beispielsweise ein Hinterrahmen 42. Der Vorderrahmen 40 und der Hinterrahmen 42 weist jeweils Trägerelemente 44a, 44b auf, welche durch ein Querträgerelement 46 verbunden sind. Das Querträgerelement 46 des Vorderrahmens 40 bildet ein vorderes Ende der Tragstruktur 10 und das entsprechende Querträgerelement des Hinterrahmens 42 bildet ein hinteres Ende der Tragstruktur 10.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Querträgerelemente 46 eine kleinere Länge auf als der Abstand zwischen dem ersten Träger 12 und dem zweiten Träger 14. Dadurch ist ein Freiraum 48 bereitgestellt, welcher zwischen einem entsprechenden Trägerelement 44a bzw. 44b und einer gedachten Verlängerung des zweiten Trägers 14 bzw. des ersten Trägers 12 liegt. In einem solchen Freiraum 48 können insbesondere Räder eines Fahrzeugs mit entsprechenden Befestigungseinrichtungen angeordnet werden.
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In dem Zwischenraum 16 zwischen dem ersten Träger 12 und dem zweiten Träger 14 ist eine Verbindungsstruktur 50 angeordnet. Diese Verbindungsstruktur 50 umfasst eine erste Bogenstrebe 52 und eine zweite Bogenstrebe 54. Die Bogenstreben 52 und 54 sind dabei jeweils mit dem ersten Träger 12 und dem zweiten Träger 14 verbunden.
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Die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 sind insbesondere einstückig ausgebildet.
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Die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 weisen in ihrer Längserstreckungsrichtung 56, die quer zur Längserstreckungsrichtung 24 der Träger 12 und 14 orientiert ist, eine Bogenlänge auf, welche größer ist als der Abstand zwischen dem ersten Träger 12 und dem zweiten Träger 14. Die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 weisen jeweils eine konvexe Krümmung 58 auf, welche nach außen zu dem jeweiligen nächstliegenden ersten Querträger 32 bzw. zweiten Querträger 36 orientiert ist. Die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 sind voneinander weg konvex gekrümmt. Die Krümmungsrichtung pro Bogenstrebe 52 bzw. 54 ändert dabei ihr Vorzeichen an der Bogenstrebe nicht, wobei das Vorzeichen der Krümmung der ersten Bogenstrebe 52 zu der zweiten Bogenstrebe 54 entgegengesetzt ist.
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Die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 sind zu einer Mittelebene 60 spiegelsymmetrisch angeordnet und ausgebildet. Die Mittelebene 60 liegt dabei quer und insbesondere orthogonal zu der Mittelebene 28.
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Die Mittelebene 60 ist insbesondere eine Ebene, welche in der Mitte des ersten Trägers 12 und des zweiten Trägers 14 bezogen auf deren Längserstreckungsrichtung 24 liegt oder zumindest in der Nähe dieser Mitte liegt.
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Die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 definieren einen Innenraum 62, den diese umschließen. Der Innenraum 62 weist über die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 eine glatte Begrenzungslinie 64 auf. (Die Begrenzungskurve der Begrenzungslinie 64 ist stetig differenzierbar.)
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Die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 sind so relativ zueinander angeordnet, dass ein glatter Übergang an der Begrenzungslinie 64 vorliegt.
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Die Begrenzungslinie 64, die geschlossen ist, begrenzt ein Oval oder eine Ellipse oder einen Kreis. Der Innenraum 62 hat dadurch insbesondere die Form eines ovalen, ellipsoiden oder kreisförmigen Zylinders.
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Bei einem Ausführungsbeispiel liegen die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 innerhalb des Raums, welcher durch die untere Einhüllendenebene 18 und die obere Einhüllendenebene 20 begrenzt ist, d. h. die Bogenstreben 52 und 54 ragen nicht über die Einhüllendenebenen 18 und 20 hinaus.
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An einer Verbindungsstelle 66 der ersten Bogenstrebe 52 und der zweiten Bogenstrebe 54 jeweils mit dem ersten Träger 12 und dem zweiten Träger 14 gehen die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 ineinander über, um die glatte Begrenzungslinie 64 zu erhalten.
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Die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 laufen dabei an der Verbindungsstelle 66 tangential zu dem ersten Träger 12. Entsprechend ist die Anordnung an dem zweiten Träger 14.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind der erste Träger 12 und der erste Querträger 32 sowie der erste Träger 12 und der zweite Querträger 36 zusätzlich über Verbindungsstreben 68a, 68b verbunden. Entsprechend sind der zweite Träger 14 und der erste Querträger 32 bzw. der zweite Querträger 36 durch Verbindungsstreben 70a, 70b miteinander verbunden.
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Die Verbindungsstreben 68a, 68b bzw. 70a, 70b sind dabei mit dem entsprechenden Träger an oder in der Nähe der Verbindungsstelle 66 verbunden. Die Verbindungsstreben 68a, 68b, 70a, 70b sind insbesondere gekrümmt ausgebildet, wobei die Krümmung in Richtung eines Eckbereichs 72 zwischen dem entsprechenden Träger und dem entsprechenden Querträger weist.
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Im Bereich einer Verbindungsstelle 74 der entsprechenden Verbindungsstrebe (in 1 anhand der Verbindungsstrebe 68a gezeigt) an dem entsprechenden Querträger (in 1 dem ersten Querträger 32) ist der Vorderrahmen bzw. Hinterrahmen an dem entsprechenden Querträger fixiert (in 1 der Vorderrahmen 40 an dem ersten Querträger 32).
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Die seitlichen Längsträger 12, 14, der Vorderrahmen 40 und der Hinterrahmen 42 und die Querträger 32, 36 sind vorzugsweise aus einem metallischen Material hergestellt.
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Die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 sind aus einem dehnbaren Material hergestellt. Beispielsweise können dazu metallische Werkstoffe eingesetzt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel werden für die Bogenstreben 52 und 54 hochfeste Stahle eingesetzt. Es können dazu Stahlsorten wie X-IP oder Triplex-Stähle verwendet, die bei hoher Festigkeit eine hohe Dehnung aufweisen. Dadurch lassen sich leichte Strukturen realisieren mit reduzierten Wandstärken.
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Es ist auch möglich, für die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 Faserverbundwerkstoffe mit einer gewissen Dehnbarkeit zu verwenden. Beispielsweise können bei solchen Faserverbundwerkstoffen Kunststofffasern eingesetzt werden. Grundsätzlich ist es sogar möglich, für die erste Bogenstrebe 52 und die zweite Bogenstrebe 54 Werkstoffe einzusetzen, die nur eine elastische Dehnbarkeit aufweisen, wie beispielsweise GFK-Werkstoffe.
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Die Tragstruktur 10 ist durch einen Rahmen 76 gebildet, welcher eine Einheit ist und sich aus den Trägern 12, 14, der Querträgerverbindungseinrichtung 30 und gegebenenfalls dem Vorderrahmen 40 und dem Hinterrahmen 42 zusammensetzt.
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Die Tragstruktur 10 bildet eine Tragstruktur für ein Fahrzeug. Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Luftfahrzeug sein. An der Tragstruktur sind weitere strukturelle Elemente des Fahrzeugs angeordnet.
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Beispielsweise bildet die Tragstruktur 10 eine Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs. An dieser sind dann als weitere Elemente A-Säule, B-Säule usw. angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Tragstruktur 10 funktioniert wie folgt:
Wenn in einem Crashfall eine Last 78 wie beispielsweise eine Seitenlast auf die Tragstruktur 10 wirkt, dann führt dies zu einer Deformation der Verbindungsstruktur 50 unter Energieabsorption. Das Wirken der Last 78 ist in 1 durch den Pfeil 80 angedeutet. Das Einbringen der Last 78 (beispielsweise eines Pfahls) im Bereich der Verbindungsstruktur 50 führt zu einem Aufweiten der Verbindungsstruktur 50 mit der ersten Bogenstrebe 52 und der zweiten Bogenstrebe 54. Dies ist durch den Pfeil 82 angedeutet. Die Verbindungsstruktur 50 verbiegt sich dabei als Ganzes, so dass eine hohe Energiemenge absorbiert werden kann, ohne dass eine lokale Überbeanspruchung des Materials der Tragstruktur 10 erfolgt.
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Bei entsprechender Dimensionierung lassen sich beispielsweise Dehnungen einstellen, die größenordnungsmäßig unter 2% liegen. Eine Dehnung ist in 1 durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen 84 angedeutet.
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Diese relativ geringen Dehnungen lassen sich durch die bogenförmige Struktur der Verbindungsstruktur 50 mit der ersten Bogenstrebe 52 und der zweiten Bogenstrebe 54 realisieren.
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Grundsätzlich lässt sich dabei die gesamte Tragstruktur 10 des Fahrzeugs über eine solche Verbindungsstruktur 50 mit Bogenstreben 52, 54 herstellen.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich die Eindringtiefe und die Eindringgeschwindigkeit bei Crashlastfällen bei einem Seitencrash bzw. einem Pfahlcrash verringern und es lässt sich die gewichtsspezifische Energieabsorption der Tragstruktur erhöhen. Der hauptsächliche Mechanismus der Energieabsorption ist kein Falten, sondern ein Aufweit-Dehn-Vorgang der Verbindungsstruktur 50.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Tragstruktur, welches in 2 schematisch gezeigt und dort mit 86 bezeichnet ist, sind ein erster Rahmen 88 und ein zweiter Rahmen 90 vorgesehen. Der erste Rahmen 88 und der zweite Rahmen 90 sind dabei grundsätzlich ausgebildet wie oben anhand des Rahmens 76 beschrieben. Der erste Rahmen 88 und der zweite Rahmen 90 sind beabstandet zueinander mit einem Zwischenraum 92 zwischen diesem. In dem Zwischenraum 92 können Elemente eines Fahrzeugs wie beispielsweise eine Antragswelle und/oder eine Abgasanlage usw. mindestens teilweise angeordnet sein.
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Ansonsten funktioniert die Tragstruktur 86 gleich wie oben anhand der Tragstruktur 10 beschrieben.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Tragstruktur, welche in 3 schematisch gezeigt und dort mit 94 bezeichnet ist, sind Verbindungsstreben 96a, 96b, 98a, 98b vorgesehen, wobei diese zwischen entsprechenden Trägern 100, 102 und Querträgern 104, 106 liegen und mit diesen entsprechend verbunden sind. Die Verbindungsstreben 96a, 96b, 98a, 98b sind gerade ausgebildet und nicht mit einer Verbindungsstruktur 108 (mit Bogenelementen) der Tragstruktur 94 verbunden.
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Ansonsten funktioniert die Tragstruktur 94 wie oben beschrieben.
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Bei einem vierten Ausführungsbeispiel einer Tragstruktur, welche in 4 schematisch gezeigt und dort mit 110 bezeichnet ist, sind ein erster Träger 112 und ein zweiter Träger 114 vorgesehen. Diese sind nach außen konvex gekrümmt ausgebildet. Die Krümmung des ersten Trägers 112 weist von dem zweiten Träger 114 weg. Die Krümmung des zweiten Trägers 114 weist von dem ersten Träger 112 weg.
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Die Träger 112 und 114 sind durch beispielsweise gerade Querträger 116, 118 miteinander verbunden. An den Querträgern 116, 116 kann ein Vorderrahmen bzw. ein Hinterrahmen angeordnet sein.
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Wenn im Crashfall eine Last auf den ersten Träger 112 oder den zweiten Träger 114 trifft, dann kann dieser durch Verbiegung Crashenergie aufnehmen.
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Ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tragstruktur, welches in 5 schematisch gezeigt und dort mit 120 bezeichnet ist, entspricht vom grundsätzlichen Aufbau her der Tragstruktur 110. Es sind wiederum Träger 122, 124 vorgesehen. Die Träger 122 und 124 sind voneinander weg konvex gekrümmt. Sie sind direkt miteinander verbunden. Sie formen dadurch ein Oval. An diesem Oval können ein Vorderrahmen und ein Hinterrahmen angeordnet sein.
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Die Tragstruktur 120 funktioniert auf die gleiche Weise wie oben beschrieben.
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Ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tragstruktur, welches in 6 gezeigt und dort mit 126 bezeichnet ist, entspricht vom grundsätzlichen Aufbau her der Tragstruktur 76 ohne Bogenelemente 52 und 54. Diese Tragstruktur 126 hat Träger 128, 130, welche nach außen gekrümmt sind. Sie sind über gerade oder gekrümmte Querträger 132, 134 verbunden. Die Querträger 132 und 134 wiederum sind durch Längsstreben 136, 138 miteinander verbunden. Die Längsstrebe 136 ist dabei mit dem Träger 128 verbunden und die Längsstrebe 138 ist mit dem Träger 130 verbunden.
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Im Crashfall, bei dem eine Last auf einen Träger 128 oder 130 wirkt, kann eine Biegung desselben unter Absorption von Crashenergie erfolgen. Der Rahmen der Tragstruktur 126 weist dabei über die Längsstreben 136 und 138 eine seitlich gerade Außenkontur auf.
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Ansonsten funktioniert die Tragstruktur 126 wie oben beschrieben.
