DE102014118333A1

DE102014118333A1 - Trägerstruktur für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014118333A1
Application number: DE102014118333.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Munzert
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2034-12-11
Also published as: DE102014118333B4; CN105691455A

Abstract

In einer Trägerstruktur für ein Kraftfahrzeug sind zur Erhöhung der Steifigkeit Versteifungsglieder angeordnet, welche aus Speichenelementen bestehen, die mit den Trägern der Struktur unter einer Zugspannung angeordnet sind. Aufgrund der kontinuierlichen Zugspannung auf die Träger wird ein Knicken der Speichenelemente durch eine Druckspannung vermieden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trägerstruktur, insb. für einen Vorderachshilfsrahmen oder einen Fahrschemel eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 103 51 270 A1 ist eine Trägerstruktur für ein Fahrzeug bekannt geworden, bei der mittels Zugelemente die Struktur in vertikaler Zugbeanspruchung steif ausgelegt und auf Druckbelastung weich gestaltet ist. Des Weiteren ist aus der DE 100 59 261 A1 ein Kraftfahrzeugkörper bekannt, welcher in einer Bodenregion angebrachte Verbindungselemente umfasst, die aus vorgespannten Zugelementen bestehen, mit der eine Anhebung der Torsionseigenfrequenz des Fahrzeugkörpers erreicht werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug, wie eine Trägerstruktur für einen Fahrschemel oder einen Hilfsrahmen zu schaffen, das hinsichtlich seines Gewichts, seiner Festigkeit und Steifigkeit optimiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, dass eine Trägerstruktur für ein Kraftfahrzeug, wie z. B. einen Fahrschemel oder einen Vorderachshilfsrahmen in seiner Steifigkeit insgesamt erhöht wird, was nach der Erfindung erreicht wird, indem Versteifungsglieder zwischen zueinander beabstandeten Längs- und Querträgern von Rahmenelementen der Trägerstruktur angeordnet sind und die Versteifungsglieder aus Speichenelementen bestehen, welche auf Zugspannung belastet und in senkrechten und einer horizontalen Ebene zwischen den Rahmenelementen angeordnet sind. Insbesondere ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Versteifungsglieder zwischen oberen und unteren Eckpunkten der Längs- und Querträger der Trägerstruktur jeweils diagonal angeordnet sind und sich in einem mittleren Bereich überkreuzen.
Dem Grunde nach wird das Prinzip von Fahrrad-Speichen bei dem Strukturbauteil verwirklicht; denn alle Speichenelemente sind nur auf Zug belastet und können extrem dünn und leicht ausgeführt sein. Das Strukturbauteil des Fahrzeugs enthält alle wesentlichen Aufnahmen und Funktionspunkte, welche für einen Vorderachshilfsrahmen bzw. dem Fahrschemel erforderlich sind.
Des Weiteren ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Trägerstruktur etwa kastenförmig mit den seitlich übereinander gelegenen Längsträgern an jeder Seite und den anschließenden übereinander angeordneten vorderen Querträgern und einem hinteren Querträger besteht und in Freiräumen zwischen den einzelnen Trägern an den Seiten sowie vorderseitig und bodenseitig, die auf Zug vorgespannten Speicherelemente in den jeweiligen Eckpunkten der Träger befestigt angeordnet sind.
Die vorgespannten Speicherelemente zwischen den Trägern der Struktur bewirken durch die Ausführung und Anordnung im Strukturbauteil eine ständige Druckspannung auf die gesamte Trägerstruktur. Hierdurch werden Wechselbelastungen, wie wechselnde Zug- und Druckbelastungen, in schwellende Belastungen, wie viel Zug/wenig Zug oder viel Druck/wenig Druck, wirksam umgewandelt, was für die Lebensdauerfestigkeit der Struktur von Vorteil ist. Durch die unter ständiger Zugspannung stehenden Speichenelemente, sind diese keiner Druckbelastung ausgesetzt, was zu keinem Knick in den Speichenelementen führen kann.
Die Versteifungsglieder nach der Erfindung bestehen vorzugsweise aus vorgespannten Speichenelementen mit einem geringen Durchmesser derart, dass sich zwischen den Speichenelementen und den Trägern der Struktur ein flächenmäßig großer Luftdurchströmraum in der Tragstruktur ergibt.
Die Speichenelemente der Erfindung sind sehr filigran ausgeführt und in der Lage, die Durchströmfläche zwischen den Quer- und Längsträgern der Struktur wesentlich zu vergrößern, ohne das die Steifigkeit der Rahmenstruktur herabgesetzt wird.
Durch die vorgespannt angeordneten Speichenelemente zwischen den Quer- und Längsträgern der Rahmenstruktur wird ein Steifigkeitsverbund der gesamten Struktureinheit gebildet. Es wird die Steifigkeit des Systems erheblich erhöht, da sich über die Speichenelemente in der Anordnung und Ausbildung sowie deren Funktion sich gegenüber ein mit Gussstreben versehenes System steiferes System bildet, zudem die Streben nach dem Stand der Technik bei einer Druckbelastung einknicken können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 eine Tragstruktur nach dem Stand der Technik mit festen auf Druck beanspruchten Streben zwischen Querträgern der Tragstruktur und
2 eine Tragstruktur nach der Erfindung mit zwischen den Trägern der Struktur auf Zug vorgespannten Speichenelementen.
Eine Trägerstruktur 1 für ein Kraftfahrzeug, welche zum Beispiel aus einem Vorderachshilfsrahmen oder einem Fahrschemel oder dergl. bestehen kann, weist zwischen den aus Längs- und Querträgern 2, 3 und 4, 5 bestehenden Rahmenelementen Versteifungsglieder 6, 7 und 8, 9 und 10, 11 auf (2.).
Diese Versteifungsglieder bestehen aus sog. Speichenelementen 12, welche im Einbauzustand ständig auf Zugspannung belastet sind und vorzugsweise in senkrechten und einer horizontalen Ebene zwischen den Längs- und Querträgern 2, 3 und 4, 5, 5a angeordnet sind.
Die Versteifungsglieder 6, 7 und 8, 9 und 10, 11 sind zwischen oberen und unteren Eckpunkten E1 und E2 von zueinander in der Höhe beabstandet angeordneten Längs- und Querträgern 2, 3 und 4, 5, 5a der Trägerstruktur 1, jeweils diagonal angeordnet und überkreuzen sich in der horizontalen bzw. in den senkrechten Ebenen in einem mittleren Bereich B. Die Trägerstruktur 1 ist etwa kastenförmig mit den jeweils seitlich angeordneten Längsträgern 2, 3, und den anschließenden vorderen Querträgern 4, 5 und dem hinteren Querträger 5a, welche jeweils das vordere Rahmenelement, das untere Rahmenelement und die seitlichen Rahmenelemente bilden, ausgestattet.
In den Freiräumen zwischen den Trägern 2, 3 und 4, 5, 5a sind die Speichenelemente 12 angeordnet, welche in den jeweiligen Eckpunkten E1 und E1 der zusammentreffenden Träger angeordnet sind, bzw. vorgespannt gehalten werden.
Insbesondere bestehen die Versteifungsglieder 6, 7 und 8, 9 und 10, 11 aus relativ dünnen Speichenelementen 12, welche unter einer kontinuierlichen Zugspannung stehend, zwischen den Trägern der Struktur 1 eingebaut sind, derart, dass die gesamte Trägerstruktur 1 unter Druckspannung steht.
Durch die relativ im Durchmesser oder in den Abmessungen dünn und filigran gehaltenen Speichenelementen 12 entsteht zwischen den Trägern der Struktur 1 ein flächenmäßig großer Luftdurchströmkanal L, welcher eine optimale Belüftung von Fahrzeugbauteilen gewährleistet. Nach dem Stand der Technik, gemäß 1, sind die Streben stärker ausgeführt, schwerer gestaltet und auf Druck belastet einknickbar.
Die eckseitig gehaltenen und jeweils in einer Ebene vorgespannt angeordneten Speichenelemente 12 zwischen den Quer- und Längsträgern 2, 3 und 4, 5, 5a ergibt für die gesamte Trägerstruktur 1 einen Steifigkeitsverbund, durch den dieser den wechselnden Festigkeitsanforderungen im Fahrbetrieb optimal stand hält.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10351270 A1 [0002]
DE 10059261 A1 [0002]

Claims

Trägerstruktur, insb. für einen Vorderachshilfsrahmen oder einen Fahrschemel eines Kraftfahrzeugs, die zwischen Rahmenelementen Versteifungsglieder aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsglieder (6, 7 u. 8, 9 u. 10, 11) zwischen zueinander beabstandet angeordneten Längs- u. Querträgern (2, 3 u. 4, 5, 5a) der Rahmenelemente der Trägerstruktur (1) angeordnet sind und aus Speichenelementen (12) bestehen, welche auf Zugspannung belastet und in senkrechten Ebenen und einer horizontalen Ebene mit den Längs- und Querträgern (2, 3 u. 4, 5 u. 5a) verbunden sind.
Trägerstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsglieder (6, 7 u. 8, 9 u. 10, 11) jeweils zwischen oberen und unteren Eckpunkten (E1, E2) der zueinander beabstandet angeordneten Längs- und Querträger (2, 3 u. 4, 5, 5a) der Trägerstruktur (1) jeweils diagonal angeordnet sind und sich in einem mittleren Bereich (B) überkreuzen.
Trägerstruktur nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (1) kastenförmig mit den seitlich übereinander gelegenen Längsträgern (2, 3) und anschließenden übereinander angeordneten vorderen Querträgern (4, 5) und einem hinteren Querträger (5a) ausgebildet ist und in Freiräumen zwischen den Trägern an den Seiten sowie vorderseitig und bodenseitig, die auf Zug vorgespannten Speichenelemente (12) in den jeweiligen Eckpunkten (E1 und E2) der Trägerstruktur (1) befestigt angeordnet sind.
Trägerstruktur nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsglieder (6, 7 u. 8, 9 u. 10, 11) aus im Durchmesser dünnen, filigranen Speichenelementen (12) bestehen, welche kontinuierlich unter einer Zugspannung zwischen den Trägern (2, 3 u. 4, 5, 5a) der Struktur (1) derart angeordnet sind, dass die Trägerstruktur (1) unter einer ständigen Druckspannung angeordnet ist.
Trägerstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den vorgespannten Speichenelementen (12) bestehenden Versteifungsglieder (6, 7 u. 8, 9 u. 10, 11) einen geringen Durchmesser derart aufweisen, dass sich zwischen den Speichenelementen (12) ein flächenmäßig großer Luftdurchströmraum (L) in der Trägerstruktur (1) bildet.
Trägerstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgespannt angeordneten Speichenelemente (12) zwischen den Quer- und Längsträgern (2, 3 u. 4, 5, 5a) einen Steifigkeitsverbund der gesamten Trägerstruktur (1) bilden.