DE102011017342A1

DE102011017342A1 - Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102011017342A1
Application number: DE102011017342A
Authority: DE
Inventors: Udo Mildner; Karsten BOHLE
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-04-16
Filing date: 2011-04-16
Publication date: 2012-10-18
Also published as: CN102730064B; GB201205818D0; US8590663B2; US20120261952A1; GB2490019A; CN102730064A

Abstract

Eine Tragstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie umfasst einen sich zwischen einem Motorraum (2) und einem Radeinbauraum (3) erstreckenden Längsträger (1), eine über dem Radeinbauraum (3) verlaufende Radeinbaustrebe (19), einen Motorrahmen (5), eine an den Längsträger (1) nach unten vorspringend angefügte Konsole (10), die den Längsträger (1) an dem Motorrahmen (5) abstützt, und ein einteiliges Verstärkungselement (13), von dem ein erster Arm (16) die Konsole (10) flankiert und ein zweiter Arm (15) sich in Richtung der Radeinbaustrebe (19) erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere des vorderen Bereichs einer solchen Karosserie. Die tragenden Bestandteile einer solchen Karosserie sollen einerseits möglichst leicht an Gewicht sein, um einen kraftstoffsparenden Betrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen, andererseits müssen sie eine hohe Steifigkeit aufweisen, um der Karosserie die für den normalen Fahrbetrieb erforderliche Verwindungsfestigkeit zu verleihen und einen wirksamen Insassenschutz bei Unfällen zu gewährleisten.
Eine hohe Bedeutung für die Stabilität der Fahrzeugkarosserie haben Längsträger, die sich herkömmlicherweise beiderseits eines Motorraums und unterhalb einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs erstrecken und untereinander an verschiedenen Stellen durch Querträger zu einem starren Gestell verbunden sind. In einem vorderen Bereich der Kraftfahrzeugkarosserie verlaufen die Längsträger im Bogen über die Vorderachse hinweg, die ihrerseits zusammen mit dem Motor auf einem von den Längsträgern getrennten Motorrahmen montiert ist. Der Motorrahmen ist über hintere und vordere Anbindungen schwingfähig mit dem von den Längsträgern gebildeten Gestell verbunden. Insbesondere an einer vorderen Anbindung muss ein Hohenunterschied zwischen dem Motorrahmen und den Längsträgern überbrückt werden. Eine hierfür benötigte Konsole kann am Motorrahmen oder am Längsträger befestigt werden, wobei die Befestigung am Längsträger fertigungstechnisch meist die einfachere Variante ist.
Wie bei der gesamten Karosserie muss auch bei der Konsole ein Kompromiss zwischen Steifigkeit und Gewicht gefunden werden, wobei zu berücksichtigen ist, dass insbesondere in Fahrzeugquerrichtung zwischen Motorrahmen und Längsträger auftretende Kräfte über die Konsole ein beträchtliches Torsionsmoment auf den Längträger ausüben können.
Aufgabe der Erfindung ist, einen Aufbau für eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer an einem Längträger nach unten vorspringend angefügten Konsole zu schaffen, bei der die Konsole trotz geringen Gewichts hoch belastbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einem sich zwischen einem Motorraum und einem Radeinbauraum erstreckenden Längträger, einer über dem Radeinbauraum verlaufenden Radeinbaustrebe, einem Motorrahmen und einer an den Längträger nach unten vorspringend angefügten Konsole, die den Längträger an dem Motorrahmen abstützt, ein einteiliges Verstärkungselement vorgesehen ist, von dem ein erster Arm die Konsole flankiert und zweiter Arm sich in Richtung der Radeinbaustrebe erstreckt, um die Konsole gegen Biegebelastungen auch an der Radeinbaustrebe abzustützen.
Um die gewünschte Stützwirkung zu erreichen, kann der zweite Arm selbst vorzugsweise sich bis unmittelbar zur Radeinbaustrebe erstrecken und an dieser angreifen. Wenn ein an Längsträger und Radeinbaustrebe angreifendes starres Verbindungselement vorgesehen ist, könnte sich der zweite Arm auch lediglich an diesem Verbindungselement abstützen, ohne selbst die Radeinbaustrebe zu erreichen.
Um das Gewicht der Konsole zu minimieren, kann diese als ein zum Radeinbauraum hin offener Hohlkörper ausgeführt sein, der dadurch versteift ist, dass der erste Arm des Verstärkungselements die offene Seite des Hohlkörpers verschließt.
Insbesondere kann dieser erste Arm zweckmäßigerweise einen U-förmigen Querschnitt mit an der Konsole befestigten Randabschnitten aufweisen.
Entsprechend kann auch der zweite Arm einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, dessen offene Seite durch ein sich von dem Längsträger bis zur Radeinbaustrebe erstreckendes Schließteil verschlossen ist. Insbesondere kann das Schließteil das oben erwähnte starre Verbindungselement zwischen Längsträger und Radeinbaustrebe bilden.
Zweckmäßigerweise ist das Verstärkungselement auch an einer dem Radeinbauraum zugewandten Seitenwand des Längsträgers befestigt.
Eine in dem Verstärkungselement in Höhe eines unteren Randes dieser Seitenwand gebildete Öffnung ist nützlich, um ein Werkzeug hindurchzuführen, wenn erst nach Anbringung des Verstärkungsteils an der Seitenwand diese mit einem U-Profilelement zusammengefügt wird, um den Längsträger zu bilden.
Wenn die Seitenwand und das U-Profilelement des Längsträgers entlang eines oberen Randes der Seitenwand verbunden sind, sollte das Verstärkungselement zweckmäßigerweise unterhalb dieses oberen Randes enden, um in Hohe des oberen Randes Platz für den Angriff des Schließteils zu lassen.
Um die Beständigkeit der Konsole gegen in Fahrzeugquerrichtung wirkende Kräfte zu verbessern, sollte eine Zunge einer dem Motorraum zugewandten Seitenwand der Konsole an einer dem Motorraum zugewandten Seitenwand des Längsträgers befestigt sein.
Um eine in Querrichtung der Karosserie wirkende Kraft in eine Zugkraft in Längsrichtung der Zunge umzusetzen, ist es ferner zweckmäßig, wenn eine vordere und eine hintere Wand der Konsole obere Kanten aufweisen, die an einer Unterseite des Längsträgers anliegen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf Teile einer Kraftfahrzeugkarosserie;
2 eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Teile;
3 eine perspektivische Ansicht einer beim Zusammenbau der Karosserie der 1 und 2 verwendeten Baugruppe;
4 eine Ansicht eines in der Baugruppe der 3 verwendeten Verstärkungselements;
5 eine Ansicht eines Schließteils der Baugruppe;
6 eine partielle Ansicht der an einem Längsträger der Karosserie montierten Baugruppe;
7 einen horizontalen Schnitt durch eine von dem Längsträger nach unten abstehende Konsole und einen an der Konsole befestigten Arm des Verstärkungselements; und
8 einen Querschnitt durch den Längsträger und die Baugruppe.
1 zeigt in einer schematischen Draufsicht einige tragende Komponenten des Vorderteils einer Kraftfahrzeugkarosserie. Zwei Längsträger 1 erstrecken sich zwischen einem Motorraum 2 und Einbauräumen 3 für in der Figur gestrichelt angedeutete Vorderräder des Kraftfahrzeugs. Hinter dem Motorraum 2 sind die Längsträger 1 über die vorderen Angriffspunkte zwischen den Armen 9 und den Konsolen 10 in die Längsträger 1 eingeleitet werden.
Um die hierfür notwendige Steifigkeit der Konsolen 10 zu gewährleisten, ist das in 4 in perspektivischer Ansicht gezeigte, aus einem Blechzuschnitt einteilig geformte Versteifungselement 13 vorgesehen. Es umfasst zwei über einen gleichmäßig geschwungenen Bogen 14 verbundene, im stumpfen Winkel zueinander ausgerichtete Arme 15, 16 mit jeweils hutförmigem Querschnitt.
3 zeigt das Versteifungselement 13 montiert in einer Baugruppe, die ferner eine Seitenwand 17 des linken Längsträgers 1, einen den Einbauraum des linken Vorderrades begrenzenden Radkasten 18 und eine sich im Bogen über dem Einbauraum 3 erstreckende Radeinbaustrebe 19 umfasst. Das freie Ende des schräg ansteigenden Arms 15 des Versteifungselements 13 ist mit einem vorderen Ende der Radeinbaustrebe 19 verschweißt. Eine obere Halfte des vertikal abwärts gerichteten Arms 16 ist an der Seitenwand 17 verschweißt; die untere Halfte des Arms 16 bildet einen die Wand 17 bündig nach unten verlängernden U-förmigen Schweißflansch 20.
Ein in 5 gezeigtes Schließteil 21 ist vorgesehen, um an der zwischen Seitenwand 17 und Radeinbaustrebe 19 freiliegenden Oberseite des Arms 15 montiert zu werden. Das Schließteil 21 hat wie der Arm 15 einen hutförmigen Querschnitt. Jeweils einer Krempe des Hutquerschnitts entsprechende langgestreckte Randstreifen des Schließteils 21 und des Arms 15 sind aneinander verschweißt. Vertikale Schweißflansche 22, 23 an den Enden des Schließteils 21 sind zur Befestigung an einem oberen Rand der Seitenwand 17 bzw. einer Innenseite der Radeinbaustrebe 19 vorgesehen.
Eine in 4 sichtbare Öffnung 24 im Bogen 14 des Versteifungselements 13 befindet sich in der Baugruppe der 3 etwa in Höhe eines unteren Randes der Seitenwand 17 und ermöglicht das Heranführen eines Schweißwerkzeugs an diesen unteren Rand, wenn beim Einbau der Baugruppe in einem Fahrzeug die Seitenwand 17 an einem zur Seite hin offenen U-Profil 25 (siehe 6) verschweißt werden soll, um den linken Längsträger 1 zu bilden. 6 zeigt diesen linken Längsträger 1 und einen vorderen Teil der an ihm verschweißten Baugruppe, wobei in der Darstellung ein vorderes Ende des Längsträgers 1 abgeschnitten dargestellt ist, um das Versteifungselement 13 und das Schließteil 21 der Baugruppe vollständiger zeigen zu können. Der abwärts gerichtete Arm 16 flankiert die Konsole 10, und sein U-förmiger Schweißflansch 20 ist mit einem zu ihm kongruenten Schweißflansch 26 der Konsole 10 verschweißt. Die Konsole 10 und der Arm 16 des Versteifungselements 13 erganzen einander zu einem Hohlkörper von im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, von dem die Schweißflansche 20, 26 nach hinten und nach vorne abstehen, wie in dem horizontalen Schnitt der 7 zu erkennen.
Der Schweißflansch 26 ist an Vorder- und Rückwand 27, 28 der Konsole 10 jeweils durch von den Oberkanten dieser Wände abgewinkelte, im Wesentlichen horizontale Flansche verlängert, die in den Figuren nicht sichtbar sind und an einer unteren Flanke 29 des U-Profils 25 verschweißt sind. Eine dem Motorraum 2 zugewandte Seitenwand 30 der Konsole 10 ist über die Oberkanten von Vorder- und Rückwand 27, 28 hinaus durch eine Zunge 31 verlängert, die an einer dem Motorraum zugewandten Seitenwand 32 des U-Profils 25 befestigt ist. Die Konsole 10 ist somit gegen an ihrem unteren Ende in seitlicher Richtung einwirkende Kräfte einerseits durch das Versteifungselement 13 gesichert, das diese Kräfte zum Teil über die Radeinbaustrebe 19 ableitet, andererseits durch die hochgradig zugbelastbare Zunge 31.
8 zeigt einen Querschnitt durch die fertig montierte Baugruppe und die Konsole 10 entlang einer Mittelebene des Versteifungselements 13. Wie der Längsträger 1 ist auch die Radeinbaustrebe 19 ein aus zwei langgestreckten Blechzuschnitten zusammengeschweißtes Hohlprofil.
Zwei Schweißwerkzeugspitzen 33 zum Verschweißen der Seitenwand 17 und des U-Profils 25 entlang ihrer unteren Rander sind als gestrichelte Umrisse gezeigt. Eine der Spitzen 33 durchsetzt die Öffnung 24 des Versteifungselements 13. Eine entsprechende Öffnung 34 für die andere Spitze 33 konnte auch an der Konsole 10 vorsehen sein. Um jedoch eine Schwächung der Seitenwand 30 am Fuß der Zunge 31 zu vermeiden, ist die Seitenwand 30 vorzugsweise geschlossen, wie in 6 gezeigt, und die Anbringung der Konsole 10 erfolgt erst nach Verschweißen der Baugruppe der 3 am U-Profil 25 mit Hilfe der Spitzen 33.
Bezugszeichenliste

1: Längsträger
2: Motorraum
3: Einbauraum
4: Bodenplatte
5: Motorrahmen
6: rückwärtiger Angriffspunkt
7: Langsschenkel
8: Halterung
9: Arm
10: Konsole
11: Puffer
12: Kopfbolzen
13: Versteifungselement
14: Bogen
15: Arm
16: Arm
17: Seitenwand
18: Radkasten
19: Radeinbaustrebe
20: Schweißflansch
21: Schließteil
22: Schweißflansch
23: Schweißflansch
24: Öffnung
25: U-Profil
26: Schweißflansch
27: Vorderwand
28: Rückwand
29: untere Flanke von 25
30: Seitenwand
31: Zunge
32: Seitenwand
33: Schweißwerkzeugspitze
34: Öffnung

Claims

Tragstruktur für eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem sich zwischen einem Motorraum (2) und einem Radeinbauraum (3) erstreckenden Längsträger (1), einer über dem Radeinbauraum (3) verlaufenden Radeinbaustrebe (19), einem Motorrahmen (5) und einer an den Längsträger (1) nach unten vorspringend angefugten Konsole (10), die den Längsträger (1) an dem Motorrahmen (5) abstützt, gekennzeichnet durch ein einteiliges Verstärkungselement (13), von dem ein erster Arm (16) die Konsole (10) flankiert und ein zweiter Arm (15) sich in Richtung der Radeinbaustrebe (19) erstreckt.
Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (10) ein zum Radeinbauraum (3) hin offener Hohlkörper ist und dass der erste Arm (16) die offene Seite des Hohlkörpers verschließt.
Tragstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arm (16) einen U-förmigen Querschnitt mit an der Konsole (10) befestigten Randabschnitten (20) aufweist.
Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Arm (15) an der Radeinbaustrebe (19) angreift.
Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Arm (15) einen U-förmigen Querschnitt aufweist und ein sich vom dem Längsträger (1) bis zur Radeinbaustrebe (19) erstreckendes Schließteil (21) eine offene Seite des zweiten Arms (15) verschließt.
Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (13) an einer dem Radeinbauraum (3) zugewandten Seitenwand (17) des Längsträgers (1) befestigt ist.
Tragstruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (13) eine Öffnung (24) in Höhe eines unteren Randes der Seitenwand (17) aufweist.
Tragstruktur nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand (17) und ein U-Profilelement (25) des Längsträgers (1) entlang eines oberen Randes der Seitenwand (17) verbunden sind und das Verstärkungselement (13) unterhalb dieses oberen Randes endet.
Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (10) eine vordere und eine hintere Wand (27, 28) umfasst, deren obere Kanten an einer Unterseite (29) des Längsträgers (1) anliegen, und dass eine Zunge (31) einer dem Motorraum (2) zugewandten Seitenwand (30) der Konsole (10), die über die oberen Kanten der vorderen und hinteren Wand (27, 28) hinausragt, an einer dem Motorraum (2) zugewandten Seitenwand (32) des Längsträgers (1) befestigt ist.