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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugstruktur, deren flächig ausgeprägte Tragstrukturen und dazugehörige Fügeverbindungen in einer Weise gestaltet sind, dass die auf die Fahrzeugstruktur wirkenden Hauptlasten durch beulsteife und gleichmässig beanspruchte Schubwand- und Schubfeldbereiche der gesamten Tragstruktur sowie durch zug- und druckbeanspruchte Bauteile aufgenommen werden.
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Derzeit übliche Fahrzeugstrukturen sind in Blech-Schalenbauweise ausgeführt, wobei die selbstragenden Integralstrukturen eine biege- und torsionssteife Hülle bilden. Des Weiteren sind Fahrzeugrahmenbauweisen bekannt, wobei Knotenpunkte mit Profilen verbunden sind, die wiederum mit Blechen beplankt werden. Hierdurch entsteht wiederum eine selbsttragende biege- und torsionssteife Struktur. Bei Nutzfahrzeugen wird ein selbstragender Grundrahmen (z. B. H-Rahmenkonzept) so ausgeführt, dass biegesteife Trägerprofile verbunden werden, auf die der Fahrzeugaufbau aufgesetzt wird. In allen Fällen werden alle Teilstrukturen herkömmlicher Fahrzeugstrukturen primär auf Biegung und Torsion sowie auf Zug- und Druckbelastung ausgelegt.
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Schubfelder sind als Konstruktionsprinzip des Leichtbaues bekannt, wobei hierbei umlaufende Rahmenprofile durch Blechfelder ausgefacht werden und die Profile in den Ecken ganz oder teilweise gelenkig verbundenen sind. Im Fahrzeugbau kommen Schubfeldkonzepte nur bei einzelnen Strukturbauteilen sehr partiell zum Einsatz. Bei Nutzfahrzeugen werden Schubwandträger sowie schub-, biege- und torsions-belastete Kastenträger angewendet, wobei ein stützendes Gitterwerk als kraftaufnehmende Struktur in Teilbereichen genutzt wird. Bei herkömmlichen PKW-Fahrzeugrahmen erfolgt die Nutzung von beulsteifen Schubbereichen derzeit nur eingeschränkt überwiegend im Vorbau-Unterboden der Integralkarosserie.
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Im Flugzeugbau werden Schubfelder insbesondere bei den Rumpf- und Flügeltragstrukturen sowie im Bereich Flügelkasten konsequent angewendet. Die schubbeanspruchten Blechfelder des Flugzeugrumpfes werden durch Spanten und Stringer und deren spezielle Fügeverbindungen gestützt.
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Aus
DE 10 2009 037 137 A1 sind Module aus Kunststoff bekannt, die eine hohe Funktionsintegration aufweisen und in Teilbereichen der beschriebenen Struktur schubbeanspruchte Bereiche ausprägen können.
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In diesem Zusammenhang ist es die Aufgabe der Erfindung, eine durch statische und dynamische Fahrzeuglasten, insbesondere äußere Biege- und Torsionslasten und zusätzlich Verformungslasten im Crashfall beanspruchte Fahrzeugstruktur insbesondere für Kraftfahrzeuge vorzuschlagen, die eine deutliche Gewichtsreduktion aufweist.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit den beschriebenen Merkmalen und Strukturbestandteilen des Anspruches 1, wobei die beschriebenen Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen darstellen.
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Erfindungsgemäß besteht eine solche Fahrzeugstruktur aus flächig beanspruchungsgerecht ausgeführten Strukturteilen sowie schubunterstützende Knotenbereiche des Fahrzeugaufbaus mit den Hauptbeanspruchungsbereichen Vorbau, Unterbau, Oberbau und Heck sowie dazugehörigen Fügeverbindungen.
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Alle Strukturbestandteile und Fügeverbindungen sind so gestaltet sind, dass die von aussen auf die Karosserie wirkenden Beanspruchungen primär durch beulsteife Schubfelder und Schubwandbereiche sowie darauf abgestimmte zug- und drucksteife Strukturen aufgenommen werden.
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Durch spezielle Gestaltung der Knotenbereiche und Fügeverbindungen hinsichtlich der Steifigkeitsverteilung in Längs- und Querrichtung und gezielte Wahl der Formgestaltung der Strukturbestandteile, werden große und besonders gleichmäßige Lastumlagerungen in die Schubebene der flächig gestalteten Strukturbauteile erzielt.
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Auf Grund dieser sehr gleichmäßig verteilten Schubbeanspruchungen in den Strukturflächen der Strukturbauteile, die überwiegend auf Beulsteifigkeit dimensioniert sind, können die Wandstärken dieser Strukturbauteile deutlich reduziert werden und es ergibt sich eine besonders gewichtsreduzierte Fahrzeugstruktur gegenüber herkömmlichen Bauweisen.
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Bestimmte tragende Strukturbereiche sind als Knotenstrukturen in der Weise hinsichtlich Ihrer Geometrie und Struktursteifigkeitsverteilung herausgebildet, dass die auf die Knoten wirkenden Lasten unterschiedlicher Wirkrichtungen in einer Weise in die beulsteifen Schubfeldbereiche umgelenkt werden und somit das beschriebene Schubfeldkonzept unterstützen. Als Knotenbereiche wirken alle Einfassungen, Lagerstellen und Trägeranbindungen der flächigen schubbeanspruchten Strukturbereiche, wie z. B. der Profile im Seitenbereich und der Sandwichbereiche. Die Knoten sind in der Weise ausgeführt, dass die Eckbereiche zu den angrenzenden Schubfeldbereichen in richtungsabhängig geringerer Steifigkeit ausgeführt sind, so dass die Eckbereiche ähnlich der bekannten gelenkigen Profilverbindung wirken. Andererseits sind die Knoten in einer Weise geometrisch ausgebildet, dass die auf den Träger wirkenden Zug- und Drucklasten auf der (je nach Belastungsrichtung) Ober- und Unterseite so umgelenkt werden, dass die Schubfeldbereiche auch bei Richtungswechsel der Lasten grossflächig erhalten bleiben. Hierdurch ergibt sich eine besonders gleichmässige Auslastung der flächigen Strukturbereiche, die dann sehr dünnwandig beanspruchungsgerecht ausgeführt werden können. Die Knoten besonders hochbeanspruchter Bereiche, z. B. A-Säulen-Knoten, sind richtungsabhängig besonders steif ausgeführt und können aus Metallen, Kunststoffen und fasserverstärkten Werkstoffen sowie bevorzugt Materialkombinationen dieser Werkstoffe ausgeführt werden. Hierdurch wird eine richtungs- und lasthöhenabhängige Steifigkeitsverteilung erzielt.
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Die beulsteifen Schubwand- und Schubfeldbereiche können als beulsteife dünnwandige Schalen und/oder Sandwichstrukturen, bestehend aus Metallen oder Kunststoffen sowie auch dünnwandigen Schalen aus faserverstärkten Kunststoffen und Metallen sowie Materialkombinationen dieser Werkstoffe, ausgeführt werden. Durch die Auswahl der Materialien bzw. Materialkombinationen und der daraus resultierenden Festigkeits- und Steifigkeitsverteilungen kann zusätzlich die Schubspannungsverteilung in der gesamten Fahrzeugstruktur genau auf die wirkenden Beanspruchungen und Lasthöhen abgestimmt werden.
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Insbesondere flächig ausgeprägte Beplankungsteile des Fahrzeugrahmens, des Fahrzeugaufbaus in den Hauptbeanspruchungsbereichen Oberbau, Unterbau, Vorbau und Heck werden so ausgeführt, dass die äußeren Beanspruchungen in einer Weise weitergeleitet und umgelenkt werden, dass diese dominierend über Schublasten sowie Zug- und Drucklasten von flächig ausgeprägten dünnwandigen beulsteifen Strukturbauteilen der gesamten tragenden Fahrzeugstruktur aufgenommen werden. Insbesondere Torsions- und Biegebelastungen werden in der gesamten Fahrzeugstruktur durch schubsteife flächig ausgeprägte Strukturbauteile, die auf Beulung ausgelegt sind, aufgenommen.
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Der Fahrzeugaufbau, bestehend aus den benannten Hauptbeanspruchungsbereichen, kann einerseits als Integralkarosserie oder andererseits als zwei- oder mehrteilige modulare Fahrzeugstruktur mit in den jeweiligen Teilbereichen integrierten großflächigen Schubfeldbereichen ausgeführt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen. Die zuvor beschriebenen und nachstehend näher bezeichneten Merkmale und Details sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderer Kombination oder in Alleinstellung verwendbar ohne den Kontext der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand einer beispielhaften Ausführungsform schematisch in der folgenden Zeichnung dargestellt.
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1 eine zweiteilige Fahrzeugstruktur, bestehend aus Fahrzeugrahmen entsprechend 1b (Vorbau, Unterbau, Heck) und Fahrzeugoberbau entsprechend 1a
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1 zeigt eine zweiteilige modulare Fahrzeugstruktur, bestehend aus einem in 1b dargestellten Fahrzeugrahmen 1 und einem an den Knoten 5, 6 und dem Außenlangträger 7 des Fahrzeugrahmens befestigten oben aufgesetzten separaten Oberbau 14, dargestellt in 1a. Der Fahrzeugrahmen 1 setzt sich aus den Bereichen Vorbau, Unterbau und Heck zusammen und kann je nach Anwendungsfeld des späteren Fahrzeugs (als z. B. Personen- oder Nutzfahrzeug) flexibel in Gestalt, Belastbarkeit und Sicherheitseigenschaften dimensioniert werden. In synergetischer Ergänzung erfüllen Fahrzeugrahmen 1 und Oberbau 14 gemeinsam die statischen und dynamischen Lastanforderungen an die gesamte Fahrzeugstruktur. Die beschriebene Fahrzeugstruktur, bestehend aus Fahrzeugrahmen 1 und Fahrzeugoberbau 14 bildet eine vollständig tragende Gesamtstruktur und weist im Zusammenwirken die erforderliche Biege- und Torsionssteifigkeit sowie die notwendigen Energieverzehreigenschaften auf.
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Der Fahrzeugrahmen 1 kann ebenfalls flexibel an die jeweiligen Lastniveaus angepasst werden, wenn beispielsweise unterschiedlich schwere Oberbauten und/oder höhere Traglasten realisiert werden sollen. Bei Ausprägung als modulare Fahrzeugstruktur übernimmt der Fahrzeugrahmen 1 einen dominierenden Anteil der Trag- und Sicherheitsfunktionen, kann aus verschiedenen synergetisch ergänzenden Materialien und Integration verschiedenster Funktionen realisiert werden.
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Vorbau und Heck unterstützen jeweils ein dreistufiges Energieverzehrkonzept im Fall eines Frontcrash. Der Stoßfänger 11 mit Energieverzehrelement 13 weist die niedrigste Laststufe mit teilelastisch/plastischer Verformungscharakteristik auf. Diese wird bei leichten Auffahrunfällen oder niedrigsten lokalen Lasteinleitungen am Stoßfänger aktiviert. Bei höheren Crash-Lastniveaus mittlerer Laststufe wird die im vorderen Langträger 2 integrierte Crash-Box, die ebenfalls mit einem Energieverzehrelement 13 gefüllt ist, aktiviert und kontrolliert plastisch deformiert. Der sich anschließende hintere Teil des jeweils linken und rechten vorderen Langträgers 2, der Schub-Torsionskasten 3 sowie der Knoten im Bereich A-Säule 5 nimmt bei höchster Laststufe im Crashfall die plastische Formänderungsenergie auf, ohne dass der Überlebensraum in der Fahrgastzelle beeinträchtigt wird.
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Der Vorbau weist einen Stoßfänger 11 auf, bestehend aus einem D-Profil oder einem anderen nach außen gewölbten Profil, das mit einem Energieverzehrelement 13 gefüllt ist und mit dem linken und rechten vorderen Langträger 2 fest verbunden ist. Das Energieverzehrelement 13 weist teilelastische, ab einer bestimmten Crashlaststufe plastische Verformungseigenschaften auf. Es besteht z. B. aus Metallschaum, einem viskoelastischem Material oder faserverstärkter Kunststoff und stabilisiert das dünnwandige Stoßfängerprofil gegen lokale Beulung und verteilt die Verformungsenergie auf die gesamte Breite des Stoßfängers, so dass im Crashfall eine möglichst gleichmässige Verformung stattfindet. Bei lokalem Eindringen eines stabförmigen Hindernisses an der Fahrzeugfront (Frontpole) entsteht durch die Verformung des Stoßfängervorderseite in den außen liegenden Profilflächen der vorderen Langträger eine Schublast in Zugrichtung. Durch gezielte Anpassung der Steifigkeit der Fügeverbindung 8 an der Verbindungsstelle Stoßfänger 11 und vorderem Langträger 2, wird die Höhe der seitlichen Schublastanteile gesteuert.
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Die vorderen linken und rechten vorderen Langträger 2, bestehen je aus einem nach aussen gewölbten halb-konischen Profil, dessen Innenseite eine ebene Fläche aufweist und dessen Querschnitt sich in Richtung Fahrzeugmitte sukzessive vergrössert wodurch eine besonders hohe Knicksicherheit beim dynamischen Crashvorgang gewährleistet wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden vollkonische Profile mit in Längsrichtung veränderlichem Querschnitt angewandt, wodurch ein höheres Lastniveau bei größerer Knicksicherheit erreicht werden kann.
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Durch die nach aussen gewölbten Langträger-Profile 2 ergibt sich in Verbindung mit dem Schub-/Torsionskasten 3 eine besonders effektive Erhöhung der Torsionssteifigkeit. Die über die Radaufhängungen eingebrachten äußeren Torsionslasten werden direkt als Schubfluss in die gewölbten Außenbereiche der Langträger 2 geleitet und weiter direkt in die Ober- und Unterseite des Schub-/Torsionskastens 3 übertragen. Hierdruch ergibt sich eine nahezu geschlossener Schubfluss im Torsionsfall.
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Eine Crashbox mit Energieverzehrelement 13 befindet sich im vorderen Langträger 2 zwischen Stoßfänger 11 und Schub-/Torsionskasten 3 (vorderer abgegrenzter Bereich des Langträgers), deren Aufbau und Steifigkeitsverteilung inklusive der verwendeten Materialien so gewählt sind, dass in diesem Bereich eine möglichst gleichmäßige nahezu lineare Kraft-Weg-Kennlinie während des Verformungsvorgangs zu verzeichnen ist.
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Der hintere Teil des vorderen Langträgers 2 im Bereich Schub-Torsionskastens 3 ist ebenfalls mit einem Energieverzehrelement 13 gefüllt, um den Langträger während des plastischen Verformungsvorgangs gegen plötzliches dynamisches Beulversagen und seitliches Ausbrechen zu stabilisieren und maximale Schublasten auf den Trägeraußenseiten zu halten. Durch die Konizität des Trägerprofils sowie den angeschlossenen Schub-/Torsionskasten 3 wird im Crashfall mit zunehmender Verformung in Längsrichtung die Kraft-Weg-kennlinie zunehmend steiler, wodurch die zu verrichtende Verformungsarbeit zunehmend größer wird, je näher das vorne eindringende Hindernis der Fahrgastzelle kommt.
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Desweiteren werden am hinteren Teil des vorderen linken und rechten Langträgers die jeweiligen Radaufhängungen befestigt. Die Radaufhängungen sind am oberen und unteren Bereich der Profile (z. B. durch der Profilform angepasste Schellen) befestigt und weisen eine entsprechend Steifigkeitscharakteristik in der Weise auf, dass die wirkenden Radkräfte zu einem größeren Teil in größeren Schubbereichen des vorderen Langträger-Profils 2 am innen liegenden senkrechten Profilsteg und/oder am außen liegenden gewölbten Langträgerprofil 2 in Schubebene abgetragen werden. Ein Teil der Radkräfte wird direkt über am vorderen Bereich des Knotens 5 als Querschub eingeleitet.
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Die Steifigkeitsverteilung der Fügeverbindungen 8 des Langträgerprofils 2 an der Übergangsstelle zur Crashbox sind in Längsrichtung so gestaltet, dass sich bei wirkender Biege-Torsionsbelastung und/oder Crashlast eine möglichst gleichmäßige Schublastverteilung an der Oberfläche der vorderen Langträger ergibt. – An der Profil-Aussenseite des vorderen und hinteren Langträgers findet im Crashfall kontrollierte Schubbeulung am Umfang statt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann die Ausprägung von gleichmäßigen Schubfeldbereichen in den halb- oder vollkonischen Profile der vorderen Langträger 2 durch Einbringen von Spanten in die Profile der vorderen Langträger weiter verbessert werden. Hierbei werden die Fügestellen zwischen Spanten und Außenbereich der Profil hinsichtlich der richtungsabhängigen Steifigkeitsverteilung so angepasst, dass sich eine gleichmäßige Schubfeldverteilung über die Trägerlänge auch bei wechselnden Lasthöhen ergibt.
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Zwischen den vorderen Langträgern 2 ist der Schub-/Torsionskasten 3 eingebettet und über Knoten-Eckbereiche des Kastens an den Innenseiten des vorderen Langträgers 2 sowie an den Knoten der A-Säule oben und unten befestigt. Der Schub-/Torsionskasten 3 erhöht die Torsions- und Biegesteifigkeit des Fahrzeugrahmens 1 in der Weise, dass äussere Torsions- und Biegelasten in die beulsteifen Wände des Schub-/Torsionskastens als Schublasten umgeleitet werden. Es sind primär 8 Knotenbereiche zur Lastübertragung in Schubebenen des Schub-/Torsionskastens 3 vorgesehen, wodurch auch die Biegelastanteile an der Knotenstelle minimiert werden. Bei Torsionsbelastung erfolgt die Hauptlasteinleitung über die Hauptdiagonalen der oberen und unteren Schubwände. Durch richtungsabhängige Gestaltung der Steifigkeit der Fügeverbindungen 8 (durch z. B. wechselseitiges Setzen von unterschiedlich starken Fügeverbindungen) kann eine gleichmässige Schublastverteilung über eine möglichst große Fläche der Schubwände erzielt werden. Die Wände des Schub-/Torsionskastens können aus beulsteifen dünnen Platten z. B. als Sandwichmaterial aus Metall ausgeführt werden. Auf Grund der beschriebenen Gestaltung des Schub-/Torsionskastens ist im Fall eines Front-Crashs eine gleichmässige Lasteinleitung in die Knoten 5 im Bereich A-Säule sowie in den Boden 10 sichergestellt Der Schub-/Torsionskasten 3 hat weiterhin die Aufgabe Traktions- und Steuerkomponenten oder andere Systeme oder Geräte des Fahrzeugs aufzunehmen.
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Die untere Schottwand 4 ist mit dem Schub-/Torsionskasten über die Knoten 5 (Bereich A-Säule) primär in den Eckbereichen fest verbunden und wirkt primär als Schubwand im Falle von Torsion und Querbiegung und erhöht damit die Torsions- und Biegesteifigkeit des Fahrzeugrahmens 1. Querbiegung kann zwischen linker und rechter Seite des Fahrzeugrahmens 1 auftreten. Die Schubwand 4 verbindet die linke und rechte Seite des Fahrzeugrahmens, wodurch in Querrichtung wirkende Zug-/Druckkräfte als Schublasten in der Fläche übertragen werden. Hierzu ist die Fügeverbindung 8 an den Knoten hinsichtlich Ihrer Steifigkeitsverteilung entlang der Fügeverbindung anzupassen. Die untere Schottwand 4 schließt den Fahrgastraum nach vorne ab.
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Die Knoten 5 und 6 sind beanspruchungsgerecht als Fachwerksystem in der Weise ausgeführt, dass sie von aussen auf die Struktur wirkende Torsions- Biege- und Crashlasten als Schublasten sowie Zug- und Drucklasten in die Anschlussbereiche der vorderen Langträger 2, der Außenlangträger 7 und in bzw. von den Bereichen des Oberbaus 14 umlenken und weiterleiten. Der Knoten 5 ist im Vorbau insbesondere in den oberen und unteren Eckbereichen mit der Schottwand 4 sowie dem Boden 10 fest verbunden. Im Heck erfolgt die Anbindung analog dem Vorbau während zusätzlich der obere und untere Anbindungspunkt der Batteriekastenaufnahme mit der steifen Anbindungsstruktur zwischen Knoten 5 und 6 verbunden ist. Die fachwerkorientierte Knotengeometrie mit Fachwerkstäben in diagonaler Ausrichtung und innerer richtungsabhängiger veränderlicher Steifigkeitsverteilung ermöglichen die sehr effektive Lastumlagerung in Schubfelder der Anschlussbereiche. Der obere bzw. untere Bereich der Knotenstruktur ist auf der jeweiligen Zug- bzw. Druckseite im oberen bzw. unteren Bereich der Krümmung der Anschlußprofile nachempfunden, wodurch Lastflüsse flächig in die oberen und unteren Profilanschlussbereiche eingeleitet werden. Hierbei erfolgt der Lastfluß von der oberen Zug – zur unteren Druckseite der Anschlußprofile bzw. umgekehrt. – Über den im Anschlussbereich des vorderen Langträger in Hauptlastrichtung struktursteif ausgeprägten Bereich des Knoten 5 sowie den struktursteifen Bereich zwischen Knoten 5 und 6 erfolgt die formschlüssige primäre Lastübertragung vom Oberbau 14 zum Fahrzeugrahmen 1 und zwar über die Knoten-Hauptdiagonalen in die Schubbereiche des angeschlossenen vorderen Langträgers 2, des Aussenlangträgers 7 und in den Boden 10. – Front-Crashlasten werden durch die steife Struktur der Knoten 5 und 6 in den Boden 10 sowie in die Außenlangträger 7 in die Schubebenen der Profilaußenbereiche weitergeleitet. Des Weiteren erfolgt die Weiterleitung von äusseren Biege- und Torsionslasten als Kräftepaar in die flächigen Schubebenen der Anschlussbereiche. Hierzu sind die Anschlussbereiche der Knoten 5 und 6 zum vorderen Langträger und zum Außenlangträger so ausgeführt, dass entlang der aussen liegenden Wölbungskontur der Anschlussprofile eine deutlich steifere und höherfeste, wenig duktile Struktur angeordnet ist, während Richtung Knotenschwerpunkt bzw. Schubmittelpunkt die Strukturinnenbereiche richtungsabhängig duktiler und weniger steif ausgeführt sind.
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Die Außenlangträger 7 besteht aus einem D-Profil oder einem anderen nach außen gewölbten Profil, das insbesondere im Bereich des Seitenaufpralls im Crashfall mit einem Energieverzehrelement 13 und/oder anderen zusätzlich in den Hauptlastrichtungen versteifendem Material eingebracht ist. Im Bereich des Seitenaufpralls im Crashfall wird über das Außenlangträgerprofil ein Verformungsbereich bereitgestellt, der den Überlebensraum der Fahrgastzelle stützt Das Energieverzehr-element und/oder das zusätzlich versteifende Füllmaterial stabilisieren die dünnwandigen Außenbereiche des Profils gegen auftretende Beulung, so dass eine beulsteife Außenkontur entsteht, die großflächig auf Schub beansprucht wird. Durch die nach außen gewölbten Profile bildet sich im Zusammenwirken mit dem Boden 10 und der Batteriekastenaufnahme 9 inklusive der zugehörigen Abdeckungen eine sehr torsionssteife Fahrzeugrahmenstruktur heraus. Hierbei werden äußere Torsions- und Biegelasten, sowie eine eventuell auftretende Wölbkrafttorsion in einen kontinuierlichen Schubfluss in Fahrzeugquerrichtung über die Außenlangträgerkonturen, den Boden 10 und die Abdeckung der Batteriekastenaufnahme 9 geleitet. Der Außenlangträger weist auf Grund seiner geometrischen Gestaltung und Anbindungsstruktur größere Schubfeldbereiche in den flächigen Profilaußenbereichen und in den senkrechten Schubwänden auf. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die dünnwandigen Profilaußenbereiche der Außenlangträger innen zusätzlich mit Spanten gestützt, die die Ausprägung von gleichmäßigen Schubfeldbereichen unterstützen. Der Außenlangträger ist mit dem auf der linken Seite befindlichen Knoten 6 sowie dem Boden 10 und der Batteriekastenaufnahme mit Deckel insbesondere im Bereich der gewölbten Außenkontur fest verbunden, wobei die Gestaltung der hier angewandten Fügeverbindung hinsichtlich der Steifigkeitsverteilung und Dehncharakteristik in Längs- und Querrichtung insbesondere die Ausprägung von Schubfeldbereichen im Außenlangträger unterstützt.
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Die Fügeverbindungen 8 sind so gestaltet, dass in Längsrichtung der Fügenähte, die Steifigkeit der Verbindungen beanspruchungsgerecht in Längs- und Querrichtung so gestaltet ist, dass eine gleichmäßige Schubfeldausprägung gewährleistet ist. Die Fügeverbindungen können z. B. als Klebung oder Schweißung ausgeführt werden, wobei z. B. der Abstand der Fügestellen oder Dicke der Fügenähte die Steifigkeits-Charakteristik in Längsrichtung variiert.
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Die Batteriekastenaufnahme mit Deckel 9 ermöglicht bspw. die Aufnahme von 2 Batteriekästen und bildet im Zusammenspiel mit dem Batteriekasten einen Schub-/Torsionskasten, der insbesondere fest an den Kasten-Eckbereichen am Außenlangträger 7, dem Boden 10 sowie im Heck am Verbindungsstück zwischen Knoten 5 und 6 befestigt ist. Hierdurch ergibt sich insbesondere eine Erhöhung der Torsions- und Biegesteifigkeit der gesamten Fahrzeugrahmenstruktur, wobei eine sehr effiziente Steifigkeitserhöhung durch Lastumleitung vom Außenlangträger in die schubsteifen geraden Flächen der beschriebenen Batteriekastenaufnahme 9, sowie in die Deckel und in den Boden 10 erfolgt.
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Der Boden 10 bildet den unteren Abschluß des Fahrzeugrahmens und ist direkt mit der unteren Schottwand 4 sowie den unteren Bereichen der Knoten 5 und 6 sowie dem Aussenlangträger 7 und der Batteriekastenaufnahme 9 verbunden. Die vorgesehene Fügeverbindung für die Verbindung vom Fahrzeugrahmen 1 zum Boden 10 wird hinsichtlich Ihrer Steifigkeit in Längs- und Querrichtung so beanspruchungsgerecht ausgelegt, dass sich ein möglichst großes Schubfeld im Bodenbereich herausbildet. Es ist vorzusehen, dass insbesondere die Verbindung in den Eckbereichen steifer aber eine gewisse richtungsabhängige Beweglichkeit zulässt. Der Boden 10 kann z. B. als Metall- oder Kunststoffsandwich herausgebildet werden. Insbesondere durch die Lastumlenkung vom nach außen gewölbten Außenlangträgerprofil im Biege-/Torsionsfall entstehen großflächige Schubbereiche im Boden, die von den senkrechten Wänden der Batteriekastenaufnahme gegen Beulung zusätzlich gestützt werden.
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Der Oberbau 14 entsprechend 1a weist in einer vorteilhaften Ausführung A-, B- uns C-Säulen auf, wobei der Oberbau 14 im Bereich der unteren A-Säulen fest mit dem Knoten 5 und zusätzlich im Bereich des Knoten 6 über den oberen Außenlangträger mit Rahmenaufsatz 20 fest verbunden ist. In einer vorteilhaften Ausführung besitzt der obere Außenlangträger eine spezielle Aussparung bzw. ein Adaptionselement, durch das die Schub-Druck- und Zuglasten vom unteren Außenlangträger 7 in den oberen Außenlangträger 20 weitergeleitet werden können.
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In einer vorteilhaften Ausführung weist der Oberbau Schubfeldbereiche in den Bereichen Schottwand 15, Kotflügel 16, Dachbereich 17 und Kofferraumabdeckung 18 sowie im hinteren Bodenbereich mit Sitzschienen 21 auf, der sich mit dem Deckel der Batteriekastenaufnahme hinsichtlich der Steifigkeit ergänzt.
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Zusätzlich ist eine Anbindung im Bereich der B-Säulen am unteren Außenlangträger vorgesehen. Die A-, B- und C-Säulen sind als dünnwandige Schub/Torsions-Rohre mit einem beulstabilisierenden und crash-energieverzehrenden Material gefüllt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung können zusätzlich Spanten zur Beulsteifigkeitserhöhung in die Säulenprofile eingebracht werden.
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Die Knoten 19 sind in den Säulenbereichen eingebettet und hinsichtlich Ihrer richtungsabhängigen Steifigkeit gezielt beanspruchungsgerecht in der Weise ausgelegt, dass sich Schubfeldbereiche in den Bereichen obere Schottwand 15, Kotflügel 16, Dachbereich 17 und Kofferraumabdeckung 18 ergeben können. Die Schubfeldbereiche sind in den Eckbereichen an die Knoten 19 in der Weise fest angebunden, dass sich die Schublastanteile großflächig im Schubfeld maximieren und die Biegelastanteile minimieren.
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Der gesamte Oberbau mit den A-B- und C-Säulen erhält erst durch Einsetzen der beulsteifen Schubfeldbereiche 15, 16, 17, 18 und 21 seine komplette Torsions- und Biegesteifigkeit. Ohne Einsetzen der Schubfeldbereiche besitzt der Oberbau eine sehr geringe Torsions- und Biegesteifigkeit.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugrahmen
- 2
- Vorderer Langträger mit integrierter Crashbox
- 3
- Schub-/Torsionskasten
- 4
- Untere Schottwand (Spritzwand)
- 5
- Knoten im Bereich A-Säule
- 6
- Knoten am Außenlangträger
- 7
- Unterer Außenlangträger
- 8
- Fügeverbindungen Fahrzeugrahmen/Schubwände
- 9
- Batteriekastenaufnahme mit Deckel
- 10
- Boden
- 11
- Stoßfänger
- 12
- Batteriekasten
- 13
- Energieverzehrelement
- 14
- Oberbau (mit A-, B- und C-Säulen)
- 15
- Obere Schottwand (Spritzwand)
- 16
- Kotflügel als Schubfeld
- 17
- Dachbereich als Schubfeld
- 18
- Kofferraumabdeckung als Schubfeld
- 19
- Knoten in Säulenbereichen
- 20
- Oberer Außenlangträger und Rahmenaufsatz
- 21
- Hinterer Bodenbereich mit Sitzschienen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009037137 A1 [0005]
