DE102009049190B4

DE102009049190B4 - Strukturteil mit einem Fügeflansch für eine Tragstruktur, insbesondere für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102009049190B4
Application number: DE102009049190.2A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dugnus; Hendrik Risch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: DE102009049190A1

Abstract

Strukturteil (1) mit einem Anbindungsbereich für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs, wobei
- das Strukturteil (1) in einer Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) einen Lastpfad bildet,
- das Strukturteil (1) in dieser Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) eine bogenförmig verlaufende Teilstruktur (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Strukturteil (1) als Knotenelement zur Herstellung einer Verbindung in Fahrzeuglängsrichtung zwischen einem Längsträger (7) und einem weiteren Längsträger (8) ausgebildet ist,
- der Bereich der bogenförmig verlaufenden Teilstruktur (2) einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei an einer äußeren Teilstrukturfläche (5) eines Seitenteils der U-Form ein Fügeflansch (3) als Anbindungsbereich angeformt ist,
- die Flanschrichtung des Fügeflansches parallel zur Richtung des Lastpfades (x-Richtung) verläuft, und
- Versteifungsrippen (4) vorgesehen sind, die quer zur Flanschrichtung an den Fügeflansch (3) angeformt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strukturteil mit einem Anbindungsbereich für eine Tragstruktur, insbesondere für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In modernen Karosseriekonzepten, wie bspw. dem Space-Frame-Konzept der Audi AG werden Druckgusselemente als Knotenelemente eingesetzt, die Strukturteile der Karosserie darstellen. Die die Karosserie bildenden Strangpressprofile werden über solche Knotenelemente verbunden. Solche Knotenelemente werden hinsichtlich Steifigkeit, Crash-Eigenschaften bzw. Crahs-Verhalten und Gewicht optimiert um die erforderliche Stabilität der Karosserie zu gewährleisten.
Die gattungsbildende DE 10 2004 054 850 A1 beschreibt ein als Gussteil ausgebildetes und im Bereich einer Achse des Kraftfahrzeugs angeordnetes Strukturteil für einen Tragrahmen eines Kraftfahrzeugs, wobei das bogenförmig verlaufende Strukturteil einen in Längsrichtung desselben verlaufenden Ober- und Untergurt sowie einen dazwischen angeordneten Steg aufweist, an den Versteifungskonturen angeformt sind, die im Wesentlichen parallel und/oder orthogonal zu den Gurten und/oder zickzackförmig zwischen diesen verlaufen. Diese Versteifungskonturen sollen eine erhöhte Steifigkeit und ein verbessertes Crash-Verhalten bei gleichzeitig reduziertem Gewicht bewirken. Ferner weist dieses bekannte Strukturteil mehrere Anbindungsbereiche bspw. für die Fahrzeugachse und ein Dämpferbein auf.
Ferner ist eine Tunnelbrücke für ein Kraftfahrzeug aus der DE 10 2004 055 197 A 1 bekannt, die U-förmig mit mindestens einer zwei Seitenteilen aufweisenden Stützstruktur und mit an den Seitenteilen vorgesehenen Rippen ausgebildet ist. Die Seitenteile dieser bekannten Tunnelbrücke enden jeweils in einem senkrecht abgewinkelten Flansch, wobei die Rippen den Flansch mit dem benachbarten Seitenteilen verbinden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Strukturteil der eingangs genannten Art anzugeben, das hohen Belastungen, insbesondere im Crash-Fall stand hält.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Strukturteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Bei einem solchen Strukturteil mit einem Anbindungsbereich für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs, welches in einer Fahrzeuglängsrichtung einen Lastpfad bildet und in dieser Fahrzeuglängsrichtung eine bogenförmig verlaufende Teilstruktur aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass

- das Strukturteil als Knotenelement zur Herstellung einer Verbindung in Fahrzeuglängsrichtung zwischen einem Längsträger und einem weiteren Längsträger ausgebildet,
- der Bereich der bogenförmig verlaufenden Teilstruktur einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei an einer äußeren Teilstrukturfläche eine Seitenteils der U-Form ein Fügeflansch als Anbindungsbereich angeformt ist,
- die Flanschrichtung des Fügeflansches parallel zur Richtung des Lastpfades verläuft, und
- Versteifungsrippen vorgesehen sind, die quer zur Flanschrichtung an den Fügeflansch angeformt sind.

Bei diesem erfindungsgemäßen Strukturteil weist dessen mit Versteifungsrippen versteifter Verbindungsflansch zusätzlich zu seiner Funktion eines Anbindungsbereichs auch die Funktion eines Lastpfad auf, mit der Folge, dass bei Krafteinleitung in den Lastpfad eine bessere Kraft- und Spannungsverteilung im Bauteil erzielt wird und damit gleichzeitig dieses erfindungsgemäße Strukturteil mit geringeren Wandstärken realisierbar wird, wodurch Gewicht und Kosten reduziert werden können. Mit diesen Versteifungsrippen wird insbesondere die im bogenförmigen Bereich festgestellte Schwachstelle beseitigt, wodurch die Belastungen auf das Strukturteil abgebaut bzw. sich gleichmäßig verteilen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Teilstrukturfläche in Fahrzeuglängsrichtung einen bogenförmigen Verlauf auf, an die der Fügeflansch rechtwinklig angeformt ist, wobei die Versteifungsrippen den Fügeflansch mit der Teilstrukturfläche verbinden.
Bei einer letzten vorteilhaften Weiterbildung liegen die Versteifungsrippen und die Fügefläche des Fügeflanschs auf gegenüberliegenden Seiten des Fügeflanschs.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Strukturteils mit einem Fügeflansch,
2 eine schematische Darstellung des Strukturteils nach 1 mit einer Sicht auf die erfindungsgemäßen Versteifungsrippen des Fügeflanschs,
3 eine schematische Darstellung des Strukturteils nach 1 mit an dem Verbindungsflansch des Strukturteils angebundenen Blechteilen, und
4 eine schematische Darstellung eines einen Fügeflansch ohne Versteifungsrippen aufweisendes Strukturteil nach einem Belastungstest.

1 zeigt ein in x-Richtung (Längsachse der Fahrzeugkarosserie) verlaufendes Strukturteil 1, das als Knotenelement in einer Fahrzeugkarosserie eine Verbindung zwischen einem Längsträger 7 und einem Längsträger 8 herstellt. Ferner ist in z-Richtung ein Blechteil 9 an das Strukturteil 1 angebunden.
Dieses Strukturteil 1 liegt im Bereich einer Fahrzeugachse, weshalb dieses Strukturteil 1 eine bogenförmige Teilstruktur 2 aufweist, um damit zwischen den angebundenen Trägern 7 und 8 einen Höhenausgleich in z-Richtung (Hochachse der Fahrzeugkarosserie) zu realisieren. Darüber hinaus bildet dieses Strukturteil 1 in Längsrichtung (x-Richtung) des Fahrzeugs einen Lastpfad aus, so dass bei einem Lasteintrag in x-Richtung bspw. aufgrund eines Crashs eine Krafteinleitung in den angebunden Längsträger 7 erfolgt, wie dies 3 zeigt, in welcher mit einem Pfeil F die Krafteinleitung in das Strukturteil 1 angedeutet ist.
Das Strukturteil 1 ist als Gussteil mit einem im Wesentlichen halboffenen Profil in x-Richtung ausgebildet. Im Bereich der bogenförmigen Teilstruktur 2 ist das Strukturteil 1 im Wesentlichen mit einem U-förmigen Querschnitt hergestellt, wobei im inneren des Profils auf dem die U-Form bildenden Mittelteil Versteifungsstrukturen angeordnet sind, wie dies 1 mit einer Sicht auf die offene Seite des Profils des Strukturteils 1 zeigt.
2 zeigt dagegen eine Sicht auf die geschlossene Seite des Profils des Strukturteils 1 mit einem angebundenen Bodenblech 12 der Karosserie. Ferner ist in dieser 2 ein Seitenteil der U-Form der Teilstruktur 2 mit dessen äußeren Teilstrukturfläche 5 sichtbar, wobei an diese Teilstrukturfläche 5 rechtwinklig ein Fügeflansch 3 mit einer Fügefläche 6 angeformt ist.
Die Funktion dieser Fügefläche 6 besteht darin, eine Verbindunggeometrie für anzubindende Blechteile bereitzustellen. So ist an diese Fügefläche 6 ein Blechteil 10 angebunden, wie in 1 andeutungsweise gezeigt bzw. in 3 dargestellt ist. Des weiteren schließt sich an dieses Blechteil 10 in Richtung des angebundenen Längsträgers 7 ein weiteres mit dem Strukturteil 1 verbundenes Blechteil 11 an, wie aus 3 und andeutungsweise aus 1 ersichtlich ist.
Gemäß 2 sind an den Fügeflansch 3 quer zu dessen Flanschrichtung, die parallel zur x-Richtung verläuft, drei Verstärkungsrippen 4 angeformt, die den Fügeflansch 3 mit der Teilstrukturfläche 5 verbinden. Damit wird dieser Fügeflansch 3 zusätzlich zur Funktion eines Anbindungsbereichs als Lastpfad genutzt, insbesondere auch im Crash-Fall. Wie in 3 dargestellt und oben bereits beschrieben ist, wird in Richtung des Pfeils F eine Kraft in das Strukturteil 1 eingeleitet, wobei aufgrund der Versteifungsrippen 4 der Fügeflansch 3 der Belastung stand hält, da sich herausgestellt hat, dass im Bereich der bogenförmigen Teilstruktur 2 sich eine Schwachstelle S ausbildet, die bei fehlenden Versteifungsrippen 4 zum Einknicken des Fügeflanschs 3 führen kann, wie dies in 3 mit einem Strukturteil 1' dargestellt ist, das einen Fügeflansch 3' ohne Versteifungsrippen aufweist.
Somit kann durch die Versteifungsrippen 4 am Fügeflansch 3 des erfindungsgemäßen Strukturteils 1 die Schwachstelle S kompensiert werden, so dass sich in dem Strukturteil 1 eine bessere Kraft- und Spannungsverteilung ergibt, wodurch auch geringere Wandstärken in dem Strukturteil 1 realisiert werden können, mit der Folge eines geringeren Gewichts und damit auch geringerer Materialkosten.
Bezugszeichenliste

1: Strukturteil
2: Teilstruktur des Strukturteils 1
3: Fügeflansch
4: Versteifungsrippen
5: Teilstrukturfläche
6: Fügefläche des Fügeflanschs 3
7: Längsträger
8: Längsträger
9: Blechteil
10: Blechteil
11: Blechteil
12: Bodenblech
1': Strukturteil
3': Fügeflansch des Strukturteils 1'

Claims

Strukturteil (1) mit einem Anbindungsbereich für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs, wobei - das Strukturteil (1) in einer Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) einen Lastpfad bildet, - das Strukturteil (1) in dieser Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) eine bogenförmig verlaufende Teilstruktur (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass - das Strukturteil (1) als Knotenelement zur Herstellung einer Verbindung in Fahrzeuglängsrichtung zwischen einem Längsträger (7) und einem weiteren Längsträger (8) ausgebildet ist, - der Bereich der bogenförmig verlaufenden Teilstruktur (2) einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei an einer äußeren Teilstrukturfläche (5) eines Seitenteils der U-Form ein Fügeflansch (3) als Anbindungsbereich angeformt ist, - die Flanschrichtung des Fügeflansches parallel zur Richtung des Lastpfades (x-Richtung) verläuft, und - Versteifungsrippen (4) vorgesehen sind, die quer zur Flanschrichtung an den Fügeflansch (3) angeformt sind.
Strukturteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Teilstrukturfläche (5) der Teilstruktur (2) in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) einen bogenförmigen Verlauf aufweist, an die der Fügeflansch (3) rechtwinklig angeformt ist, und - die Versteifungsrippen (4) den Fügeflansch (3) mit der Teilstrukturfläche (5) verbinden.
Strukturteil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippen (4) und die Fügefläche (6) des Fügeflanschs (3) auf gegenüberliegenden Seiten des Fügeflanschs (3) liegen.