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Die Erfindung betrifft einen Hohlträger, insbesondere eine Säule, einer Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs, mit einem im Inneren des Hohlträgers angeordneten Verstärkungsrohr, das innen hohl ist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 14 035 A1 ist eine Scharniersäule einer Kraftwagenkarosserie bekannt, die einen tragenden Hohlkörper umfasst, der aus einem nahtlos gezogenen Rohrmaterial besteht und über seine Länge variierende Querschnittsformen aufweist, in der Weise, dass er einerseits einander bezüglich seiner größeren Profilbreite gegenüberliegende gerundete Anlagebereiche für eine äußere Abdeckschale und andererseits ebene Anschlussflächen für eine aufgesetzte Verstärkung besitzt. Aus der deutschen Patentschrift
DE 103 14 080 B4 ist eine A-Säule einer Kraftwagenkarosserie mit einer innenliegend angeordneten Verstärkung bekannt, die durch ein nahtlos gezogenes Hohlprofil gebildet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2007 026 101 A1 ist eine A-Säulenvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Rohr bekannt, das sich von einem unteren Teil des Fahrzeugs erstreckt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Biegesteifigkeit eines Hohlträgers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weiter zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Hohlträger, insbesondere bei einer Säule, einer Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs, mit einem im Inneren des Hohlträgers angeordneten Verstärkungsrohr, das innen hohl ist, dadurch gelöst, dass das Verstärkungsrohr eine sich in Umfangsrichtung verändernde Wanddicke aufweist. Das erfindungsgemäße Verstärkungsrohr hat gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung über einen Querschnitt betrachtet keine konstante Wanddicke. Das Verstärkungsrohr kann einen beliebigen Querschnitt aufweisen und hat vorzugsweise einen im Wesentlichen runden oder ovalen Querschnitt. Gemäß einem weiteren wesentlichen Aspekt der Erfindung ist das Verstärkungsrohr einteilig oder einstückig ausgeführt, also nicht mehrteilig oder mehrstückig. Das Verstärkungsrohr ist vorzugsweise, zumindest teilweise beziehungsweise in Legierung, aus Stahl, Aluminium oder Titan gebildet. Das Verstärkungsrohr kann nahtlos oder geschweißt ausgeführt sein.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hohlträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsrohr in Bereichen beziehungsweise Biegerichtungen des Hohlträgers mit einer höheren mechanischen Belastung, insbesondere in bestimmten Biegeebenen, eine größere Wanddicke beziehungsweise Biegesteifigkeit als in geringer belasteten Bereichen beziehungsweise Biegerichtungen aufweist. Die Wanddicke verändert sich vorzugsweise über den Querschnitt des Verstärkungsrohrs. Die höhere Biegesteifigkeit ergibt sich vorzugsweise durch entsprechende Orientierung des Querschnitts.
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Es ist auch möglich, dass die Wanddicke zusätzlich über die Länge des Verstärkungsrohrs variiert. In diesem Fall ändert sich die Biegesteifigkeit über die Länge des Verstärkungsrohrs.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hohlträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsrohr innen/außen einen runden und außen/innen einen ovalen oder elliptischen Querschnitt aufweist. Daraus ergibt sich, dass das Verstärkungsrohr im Bereich einer Hauptachse der Ellipse eine größere Wanddicke als im Bereich einer Nebenachse der Ellipse aufweist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hohlträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsrohr außen mindestens eine in Längsrichtung verlaufende Rippe aufweist, die einstückig mit dem Verstärkungsrohr verbunden ist. Die Rippe kann zum Beispiel zusätzlich zur Verstärkung dienen. Vorzugsweise dient die Rippe aber, von außen betrachtet, zur Orientierung des Verstärkungsrohrs, zur Positionierung in einem Biegewerkzeug beziehungsweise bei der Montage in der Tragstruktur oder als Verbindungsrippe beim Fügeschweißen an der Tragstruktur.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hohlträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsrohr außen mindestens zwei in Längsrichtung verlaufende Rippen aufweist, die einstückig mit dem Verstärkungsrohr verbunden sind. Die beiden Rippen sind vorzugsweise diametral angeordnet. Auch möglich ist eine Anordnung der Rippen unter einem bestimmten Winkel, d. h. nicht diametral. Das Verstärkungsrohr kann auch drei oder vier Rippen, auch seitlich, aufweisen. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen weist das Verstärkungsrohr außen längliche Vertiefungen oder Kanäle auf, welche den gleichen Zweck haben wie die Rippen.
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Insbesondere, falls das Verstärkungsrohr außen einen runden Querschnitt und keine Rippen, Vertiefungen oder Kanäle aufweist, kann zur Orientierung eine Positionierungs-Schablone eingesetzt werden. Eine solche, an den inneren ovalen bzw. elliptischen Querschnitt angepasste Schablone, ist zur sicheren Orientierung des Verstärkungsrohrs nutzbar.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hohlträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsrohr über einen Querschnitt betrachtet in einer x-Richtung eine Wanddicke aufweist, die sich von einer Wanddicke in einer y-Richtung unterscheidet. Die x-Richtung und die y-Richtung werden vorzugsweise durch die x-Achse und y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems definiert. Die Wanddicke verändert sich über den Querschnitt des Verstärkungsrohrs vorzugsweise nicht sprungartig, sondern in sanften Übergängen, um unerwünschte Kerbwirkungseinflüsse zu vermeiden. In speziellen Fällen kann auch eine sprungartige Querschnittsänderung vorteilhaft sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hohlträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsrohr als Strangpressprofil oder als nahtloses Stahlrohr ausgeführt ist. Das Strangpressprofil ist vorzugsweise aus einem Aluminiummaterial gebildet. Das nahtlose Stahlrohr wird durch bekannte Methoden hergestellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hohlträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsrohr mindestens eine Schweißnaht in Längsrichtung aufweist. Das Verstärkungsrohr mit der Schweißnaht kann zum Beispiel aus einem länglichen Strangpressprofil hergestellt werden, das vor dem Verschweißen gebogen wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hohlträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsrohr einen asymmetrischen Querschnitt aufweist. Herkömmliche Verstärkungsrohre haben zum Beispiel einen Querschnitt, der durch zwei konzentrische Kreise mit unterschiedlichen Durchmessern dargestellt werden kann. Ein derartiger Querschnitt ist in sich symmetrisch. Demgegenüber ist der Querschnitt des erfindungsgemäßen Verstärkungsrohrs, zum Beispiel durch Orientierung, in sich asymmetrisch.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hohlträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlträger als Säule, insbesondere als Türsäule, Scharniersäule oder A-Säule, ausgeführt ist. Die Säule, insbesondere A-Säule, kann mehrschalig mit einer Trennung im Knotenbereich, dreiteilig mit einer Knotenstruktur oder auch zweiteilig ausgeführt sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem vorab beschriebenen Hohlträger.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine stark vereinfachte Darstellung einer Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs mit einer A-Säule, die ein Verstärkungsrohr umfasst;
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2 eine perspektivische Darstellung des Verstärkungsrohrs der A-Säule aus 1;
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3 einen Querschnitt eines herkömmlichen Verstärkungsrohrs;
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4 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Verstärkungsrohrs, das als Profil ausgeführt ist;
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5 ein geschweißtes Verstärkungsrohr mit einem ähnlichen Querschnitt wie in 4;
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6 ein geschweißtes Verstärkungsrohr mit zusätzlichen Orientierungsrippen;
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7 ein Ausgangsprofil im Querschnitt, das zur Herstellung des in 5 dargestellten Verstärkungsrohrs verwendet werden kann;
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8 ein Ausgangsprofil im Querschnitt, das zur Herstellung des Verstärkungsrohrs aus 6 verwendet werden kann;
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9 eine ähnliche Darstellung wie in 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
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10 und 11 weitere Ausführungsbeispiele zur Anwendung von Rippen;
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12 bis 41 ähnliche Ausführungsbeispiele wie in den 4 bis 6 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen jeweils im Querschnitt durch das Verstärkungsrohr;
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42 ein Verstärkungsrohr im Längsschnitt;
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43 und 44 zwei Querschnitte des Verstärkungsrohrs aus 42 an verschiedenen Stellen und
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45 ein Ausgangsprofil im Querschnitt, das zur Herstellung des Verstärkungsrohrs aus 42 verwendet werden kann.
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In 1 ist eine Tragstruktur 1 eines Kraftfahrzeugs mit einer A-Säule 2 vereinfacht dargestellt. In der A-Säule 2 ist ein Verstärkungsrohr 5 angeordnet, das in 2 allein perspektivisch dargestellt ist.
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In 3 ist ein Querschnitt 8 eines herkömmlichen Verstärkungsrohrs in einem kartesischen Koordinatensystem mit einer x-Achse 11 und einer y-Achse 12 dargestellt. Der Querschnitt 8 ist aus zwei konzentrischen Kreisen 9, 10 gebildet, deren Mittelpunkt mit dem Ursprung des kartesischen Koordinatensystems zusammenfällt.
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In 4 ist ein Querschnitt 40 eines erfindungsgemäßen Verstärkungsrohrs in einem kartesischen Koordinatendiagramm mit der x-Achse 11 und der y-Achse 12 dargestellt. Der Querschnitt 40 des Verstärkungsrohrs hat innen die Gestalt eines Kreises 41, dessen Mittelpunkt mit dem Ursprung des Koordinatensystems zusammenfällt. Außen hat der Querschnitt 40 die Gestalt einer Ellipse 42, deren Hauptachse auf der x-Achse 11 und deren Nebenachse auf der y-Achse 12 liegt.
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Die Hauptachse und die Nebenachse der Ellipse 42 schneiden sich im Ursprung des Koordinatensystems. Daraus ergibt sich, dass das Verstärkungsrohr im Bereich der x-Achse 11 eine deutlich geringere Wanddicke als im Bereich der y-Achse 12 aufweist. Das Verstärkungsrohr mit dem Querschnitt 40 ist zum Beispiel als gezogenes Stahlrohr ausgeführt.
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In 5 ist ein Querschnitt 50 eines erfindungsgemäßen Verstärkungsrohrs dargestellt, der dem Querschnitt 40 in 4 ähnelt. Der Querschnitt 50 wird innen von einem Kreis 51 und außen von einer Ellipse 52 begrenzt. Im Unterschied zu dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Querschnitt 50 eine Schweißnaht 53 auf, die sich in Längsrichtung des Verstärkungsrohrs erstreckt.
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In 6 ist ein Querschnitt 60 dargestellt, der dem Querschnitt 50 aus 5 ähnelt. Der Querschnitt 60 umfasst innen einen Kreis 61 und außen eine Ellipse 62. In einem Bereich der x-Achse 11 mit einer geringen Wanddicke ist eine Schweißnaht 63 angeordnet, die sich in Längsrichtung erstreckt.
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Im Unterschied zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel weist der Querschnitt 60 im Bereich der y-Achse 12 außen zwei diametral angeordnete Rippen 64, 65 auf. Die Rippen 64, 65 haben einen halbkreisförmigen Querschnitt und sind einstückig mit dem Verstärkungsrohr verbunden. Die Rippen 64, 65 dienen als Orientierungsrippen bei der Herstellung des Verstärkungsrohrs.
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In 7 ist ein Querschnitt 70 eines Profils dargestellt, das zum Beispiel als Strangpressprofil ausgeführt ist, und zur Herstellung des in 5 dargestellten Querschnitts 50 dient. Der Querschnitt 70 hat im Wesentlichen die Gestalt eines Rechtecks mit zwei langen Seiten 71, 72, die deutlich länger als zwei kurze Seiten 73, 74 sind. An der langen Seite 72 ist der Querschnitt 70 wellenförmig mit zwei Erhöhungen 75, 76 ausgebildet, um die Ellipse 52 des Querschnitts 50 in 5 darzustellen.
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Durch zwei Pfeile 77, 78 ist in 7 angedeutet, dass der Querschnitt 70 gebogen wird, um mit der langen Seite 71 des Querschnitts 70 den Kreis 51 des Querschnitts 50 in 5 darzustellen. An den kurzen Seiten 73, 74 wird der gebogene Querschnitt 70 beziehungsweise 50 dann entlang der Schweißnaht 53 in 5 verschweißt.
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In 8 ist ein Querschnitt 80 dargestellt, der als Ausgangsprofil zur Herstellung des Verstärkungsrohrs mit dem Querschnitt 60 in 6 dient. Im Unterschied zu dem in 7 dargestellten Querschnitt 70 sind an den Erhöhungen 75, 76 Orientierungsrippen 64, 65 ausgebildet. Durch Pfeile 81, 82 ist angedeutet, dass der Querschnitt 80 genauso gebogen und entlang der Schweißnaht 63 verschweißt wird wie der Querschnitt 70 aus 7.
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Die Querschnitte 40; 50 und 60 der erfindungsgemäßen Verstärkungsrohre weisen im Bereich der y-Achse 12 eine Wanddicke auf, die etwa zwei bis viermal so groß wie in den Bereichen der x-Achse 11 ist. Die Querschnitte 40; 50 und 60 der erfindungsgemäßen Verstärkungsrohre werden im eingebauten Zustand in der A-Säule so positioniert, das die Widerstandsmomente im Hinblick auf die auftretende mechanische Belastung der A-Säule optimal von der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs aufgenommen werden. Die Schweißnähte 53 und 63 der in den 5 und 6 dargestellten Querschnitte 50; 60 sind vorzugsweise in einem Bereich geringer Wanddicke angeordnet.
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In 9 ist eine ähnliche Tragstruktur 1 wie in 1 einer A-Säule 2 mit einem Verstärkungsrohr 5 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Tragstruktur 1 ist in einem gekrümmten Bereich 84 besonders verstärkt.
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In den 10 und 11 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele eines Verstärkungsrohrquerschnitts 90 mit drei Rippen 91 bis 93 und mit vier Rippen 91 bis 94 dargestellt.
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In 10 hat der Querschnitt 90 oben zwei Rippen 91, 92, zwischen denen der Querschnitt 90 eine Vertiefung aufweist, in welche ein Wandbereich 85 der Tragstruktur eingreift. Der Querschnitt 90 weist unten eine Rippe 93 auf, die in eine Vertiefung eines Wandbereichs 86 der Tragstruktur eingreift. Durch die zusätzlichen Eingriffe kann der Querschnitt 90 des Verstärkungsrohrs besser relativ zu der Tragstruktur positioniert werden.
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In 11 weist der Querschnitt 90 sowohl oben als auch unten jeweils zwei Rippen 91, 92 und 93, 94 auf, zwischen denen jeweils eine Vertiefung ausgebildet ist. Der Querschnitt 90 liegt mit der Rippe 91 an einem Wandbereich 87 der Tragstruktur. Die beiden Rippen 93, 94 sind in einer Vertiefung eines Wandbereichs 88 der Tragstruktur angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die in den 10 und 11 dargestellten Rohrquerschnitte mit den Rippen 91 bis 94 an Schweißverbindungsstellen beziehungsweise Schweißverbindungsnähten 95 bis 98 jeweils mit der Tragstruktur verschweißt. Durch die Anordnung und Gestaltung der Rippen 91 bis 94 und der Wandbereiche 85 bis 88 der Tragstruktur wird die Zugänglichkeit beim Schweißen vereinfacht.
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In 12 ist ein herkömmlicher Rohrquerschnitt dargestellt. Im Vergleich dazu ist in 13 ein asymmetrischer Rohrquerschnitt dargestellt, der im positiven Bereich der y-Achse eine deutlich größere Wanddicke als im negativen Bereich der y-Achse und in den Bereichen der x-Achse aufweist. In 14 ein symmetrischer Querschnitt dargestellt, der in den Bereichen der y-Achse jeweils eine größere Wandstärke als in den Bereichen der x-Achse aufweist.
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In 15 ist wieder ein herkömmlicher Rohrquerschnitt dargestellt. In 16 ist im Vergleich dazu ein symmetrischer Rohrquerschnitt mit einer variablen Wanddicke dargestellt. In 17 ist im Vergleich dazu ein asymmetrischer Rohrquerschnitt mit einer variablen Wanddicke dargestellt. Die Rohrquerschnitte der 16 und 17 sind außen rund und innen oval.
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In den 18 und 19 sind zwei Rohrquerschnitte dargestellt, die außen rund und innen oval ausgeführt sind. Das in 18 dargestellte Verstärkungsrohr ist nahtlos ausgeführt. Das in 19 dargestellte Verstärkungsrohr ist demgegenüber mit einer Schweißnaht 101 versehen.
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In den 20 und 21 ist jeweils ein Verstärkungsrohr im Querschnitt dargestellt, das außen oval und innen rund ausgeführt ist. Das in 20 dargestellte Verstärkungsrohr ist nahtlos ausgeführt. Demgegenüber weist das in 21 dargestellte Verstärkungsrohr eine Schweißnaht 102 auf. Die Schweißnähte 101; 102 sind bei den in den 19 und 21 dargestellten Verstärkungsrohren in einem Querschnittsbereich mit einer geringen Wanddicke angeordnet.
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In den 22 bis 27 sind unterschiedliche Querschnitte mit Rippen 105 bis 113 dargestellt. Die Querschnitte sind jeweils außen rund und innen oval ausgeführt. Die Wanddicken der Rohrquerschnitte sind in den Bereichen der y-Achse 12 deutlich größer als in den Bereichen der x-Achse 11.
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Das in 22 dargestellte Verstärkungsrohr ist oben im Bereich der y-Achse 12 mit einer Rippe 105 versehen. Demgegenüber ist das in 23 dargestellte Verstärkungsrohr sowohl oben als auch unten im Bereich der y-Achse 12 mit jeweils einer Rippe 105, 106 versehen.
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Das in 24 dargestellte Verstärkungsrohr ist unten im Bereich der y-Achse mit einer Rippe 106 versehen. Oben im Bereich der y-Achse ist das Verstärkungsrohr mit zwei in x-Richtung voneinander beabstandeten Rippen 107, 108 versehen.
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Bei dem in 25 dargestellten Verstärkungsrohr sind sowohl unten als auch oben im Bereich der y-Achse jeweils zwei in x-Richtung voneinander beabstandete Rippen 108, 109 und 110, 111 ausgebildet.
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Das in 26 dargestellte Verstärkungsrohr weist links im Bereich der x-Achse 11 eine Rippe 112 auf. Das in 27 dargestellte Verstärkungsrohr weist sowohl links als auch rechts im Bereich der x-Achse 11 eine Rippe 112, 113 auf. Rechts ist angedeutet, dass anstelle der Rippe 113 auch zwei in y-Richtung voneinander beabstandete Rippen vorgesehen sein können, mit denen das Verstärkungsrohr relativ zu der Tragstruktur positioniert werden kann.
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In den 28 und 29 ist angedeutet, dass das Verstärkungsrohr anstelle der Rippen auch Vertiefungen 115 bis 117 aufweisen kann. Das in 28 dargestellte Verstärkungsrohr weist links im Bereich der x-Achse eine längliche Vertiefung 115 mit einem kreisbogenförmigen Querschnitt auf. Das in 29 dargestellte Verstärkungsrohr weist vier über den Umfang gleichmäßig verteilte längliche Vertiefungen 115 bis 118 auf. Die Vertiefungen 115 bis 118 dienen in ähnlicher Weise wie die Rippen dazu, das Verstärkungsrohr relativ zu der Tragstruktur zu positionieren.
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In den 30 bis 37 sind weitere Ausführungsbeispiele mit Rippen 121 bis 128 und Vertiefungen 131 bis 132 dargestellt. Je nach Anwendung können die Rippen oben, unten oder seitlich angeordnet sein. Dasselbe gilt für die Vertiefungen. Die in den 30 bis 37 dargestellten Rohrquerschnitte sind außen oval und innen rund ausgeführt.
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In den 38 bis 41 sind weitere Verstärkungsrohre mit asymmetrischen Querschnitten dargestellt. Die in den 38 und 39 dargestellten Rohrquerschnitte sind außen rund und innen oval. Demgegenüber sind die in den 40 und 41 dargestellten Rohrquerschnitte außen oval und innen rund. Alle Querschnitte weisen im oberen Bereich der y-Achse 12 jeweils eine Rippe 135 auf.
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In 42 ist ein Verstärkungsrohr 140 im Längsschnitt dargestellt. In den 43 und 44 sind zwei Querschnitte 141, 142 des Verstärkungsrohrs 140 aus 42 dargestellt. Der Querschnitt 141 im Bereich der Biegung des Verstärkungsrohrs 140 weist eine deutlich größere Wanddicke als der Querschnitt 142 an einem Ende des Verstärkungsrohrs 140 auf. Das Verstärkungsrohr 140 ist geschweißt ausgeführt.
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In 45 ist das Ausgangsmaterial 150 zur Herstellung des Verstärkungsrohrs 140 aus 42 dargestellt. Bei dem Ausgangsmaterial 150 handelt es sich um ein Profil, das im Wesentlichen die Gestalt eines Quaders mit zwei langen Seiten 151, 152 und zwei kurzen Seiten 153, 154 aufweist. Das Profil hat jedoch nicht die Gestalt eines gleichmäßigen Quaders, sondern weist in der Mitte der Längsseiten 151, 152 eine durchgehende Verdickung 156 auf.
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Die Verdickung 156 führt dazu, dass der in 45 gestrichelt angedeutete Rohrquerschnitt 140 über die Länge variiert. An den Enden des Verstärkungsrohrs ist der Querschnitt jeweils deutlich geringer als in der Mitte. Dadurch wird das Verstärkungsrohr 140 im Bereich der Biegung erheblich verstärkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10314035 A1 [0002]
- DE 10314080 B4 [0002]
- DE 102007026101 A1 [0002]
