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Die Erfindung betrifft eine Versteifungsstruktur für ein Fahrzeug gemäß der Gattung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Versteifungsstrukturen für Fahrzeuge werden heute üblicherweise aus Leichtmetallen gefertigt und mit Stahlschrauben in die Karosseriestruktur eingebunden. Im Crashfall bleibt der Schraubverbund bestehen und die Versteifungsstruktur wird aufgrund der Deformation des Fahrzeugs geometrisch so ausgelegt, dass sich die Versteifungsstruktur verformt bzw. zerbricht, um den Fahrgastraum nicht zu beschädigen bzw. nicht in den Fahrgastraum einzudringen. Die Gefährdung der Insassen wird somit ausgeschlossen. Um die Verformung bzw. das Versagen der Versteifungsstruktur im Crashfall zu ermöglichen, wird diese geometrisch geschwächt ausgelegt. Dadurch ist die erreichbare maximale Steifigkeit geometrisch begrenzt.
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Aus der
DE 10 2011 013 389 A1 ist eine Verbindungsanordnung zweier aus einem Leichtmetall gebildeter Bauteile eines Kraftfahrzeugs in Form einer Schraubverbindung bekannt. Als Verbindungselement ist ein Schraubelement aus Aluminium vorgesehen.
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Aus der
DE 10 2006 041 099 A1 ist eine gattungsgemäße Versteifungsstruktur für ein Fahrzeug bekannt, welche tragende Karosserieteile zur Aussteifung der Fahrzeugkarosserie miteinander verbindet. Die Versteifungsstruktur ist als Magnesiumbauteil, insbesondere als Magnesiumgussbauteil, ausgebildet und umfasst zwei Befestigungsbereiche. Die beiden Befestigungsbereiche sind über einen Strebenbereich miteinander verbunden. Die beiden Befestigungsbereiche weisen jeweils angeformte Befestigungsflansche auf, welche über eine Mehrzahl von Dehnschrauben an den Karosserieteilen festgelegt sind. Die Dehnschrauben zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass auch bei temperaturbedingten Setzvorgängen eine zuverlässige Festlegung der Versteifungsstruktur an den Karosserieteilen sichergestellt ist. Die Versteifungsstruktur kann insbesondere die Funktion einer Domstrebe übernehmen, welche vom Fahrwerk über die Feder-Dämpfer- Elemente in die Fahrzeugkarosserie eingeleitete Kräfte aufzunehmen vermag.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine leichtbauende Versteifungsstruktur für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie bei gleichbleibendem Insassenschutz im Crashfall erhöht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Bereitstellung einer Versteifungsstruktur für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine leichtbauende Versteifungsstruktur für ein Fahrzeug bereitzustellen, welche die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie bei gleichbleibendem Insassenschutz im Crashfall erhöht, ist das mindestens eine Verbindungselement zwischen der Versteifungsstrebe und einem Karosserieteil aus Aluminium gefertigt. In vorteilhafter Weise können die Aluminiumverbindungselemente, im Crashfall versagen und somit eine optimale Auslegung der Versteifungsstrebe für die Steifigkeit während des Fahrbetriebs ermöglichen. Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur ermöglichen durch eine optimale geometrische Gestaltung der Versteifungsstrebe in vorteilhafter Weise eine erhöhte Bauteilsteifigkeit und verbessern das Verhalten der Versteifungsstrebe in Bezug auf Biegung und/oder Torsion. Zudem kann durch das Versagen der Aluminiumverbindungselemente anstatt der Deformation bzw. des Versagens der Versteifungsstrebe in vorteilhafter Weise eine Beschädigung des Fahrgastraums im Crashfall verhindert werden. Das bedeutet, dass die Aluminiumverbindungselemente erfindungsgemäß so ausgelegt sind, dass sie im Crashfall vor der Leichtmetallversteifungsstrebe versagen. Des Weiteren ergibt sich durch die Ausführung der Versteifungsstrebe als Leichtmetallbauteil und der Verbindungselemente aus Aluminium in vorteilhafter Weise ein geringes Gewicht der erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur. Ein derartiges Leichtmetallbauteil hat zunächst insbesondere den Vorteil, dass dieses gegenüber einer vergleichbaren konventionellen Stahlversteifungsstrebe lediglich die Hälfte wiegt und sich dementsprechend günstig auf das Gesamtgewicht der Fahrzeugkarosserie bzw. des Fahrzeugs auswirkt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur kann das mindestens eine Verbindungselement beispielsweise als Aluminiumschraube oder Aluminiumbolzen ausgeführt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur kann die Versteifungsstrebe beispielsweise aus Magnesium oder Aluminium gefertigt werden. Vorzugsweise kann die Versteifungsstrebe als Gussbauteil ausgebildet werden. Die Ausführung als Gussbauteil ermöglicht in vorteilhafter Weise eine optimale Anpassung der Versteifungsstrebe an während des Fahrbetriebs auftretende Biege- und/oder Torsionskräfte. So ist es insbesondere möglich, an hoch belasteten Stellen eine Vergrößerung des Querschnitts der Versteifungsstrebe bzw. von dessen Gusswänden vorzunehmen, um die entsprechend höheren Kräfte in diesem Bereich der Versteifungsstrebe aufnehmen zu können. Die Versteifungsstrebe kann einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen und mit einer Mehrzahl von Rippen ausgesteift werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur kann die Versteifungsstrebe an den Enden jeweils einen Befestigungsbereich mit mindestens einem Führungsloch aufweisen, durch welche das korrespondierende Verbindungselement geführt werden kann. Die Versteifungsstrebe kann beispielsweise eine Hauptstrebe mit zwei endseitigen Befestigungsbereichen und einen weiteren Befestigungsbereich mit mindestens einem Führungsloch aufweisen, welcher über Stützstreben mit der Hauptstrebe verbunden werden kann. Über den weiteren Befestigungsbereich kann die Versteifungsstrebe an einem weiteren tragenden Karosserieteil festgelegt werden. Vorzugsweise kann die Hauptstrebe mit den Stützstreben ein gleichschenkliges Trapez ausbilden, wobei der weitere Befestigungsbereich parallel zur Hauptstrebe verlaufen kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur kann die Versteifungsstrebe als Domstrebe mit gabelförmigen endseitigen Befestigungsbereichen ausgeführt werden, welche zwei als Federbeinaufnahmen ausgeführte tragende Karosserieteile miteinander verbinden kann. Zudem kann die als Domstrebe ausgeführte Versteifungsstrebe über den weiteren Befestigungsbereich mit einem als Scheibenquerträger ausgeführten tragenden Karosserieteil verbunden werden.
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Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
- 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausschnitts eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur für ein Fahrzeug,
- 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Versteifungsstrebe für die erfindungsgemäße Versteifungsstruktur für ein Fahrzeug aus 1, und
- 3 eine schematische perspektivische Darstellung des Ausschnitts der erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur für ein Fahrzeug aus 1 nach einem Frontcrash-Komponentenversuchs.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, weist das dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur 1 für ein Fahrzeug eine Versteifungsstrebe 10 aus Leichtmetall auf, welche mindestens zwei Karosserieteile 3, 5 miteinander verbindet. Die Versteifungsstrebe 10 ist jeweils durch mindestens ein Verbindungselement 20 an dem korrespondierenden Karosserieteil 3, 5 angebunden. Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Verbindungselement 20 aus Aluminium gefertigt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Versteifungsstrebe 10 als einstückiges Magnesiumgussbauteil mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt ausgebildet und mit einer Mehrzahl von nicht sichtbaren Rippen ausgesteift. Bei einem nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel kann die Versteifungsstrebe 10 der Versteifungsstruktur aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Leichtmetall gefertigt werden. Die Verbindungselemente 20 aus Aluminium zur Festlegung der Versteifungsstruktur sind so ausgeführt, dass sie im Crashfall vor der Versteifungsstrebe 10 versagen.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, ist die Versteifungsstrebe 10 im dargestellten Ausführungsbeispiel spiegelsymmetrisch zu einer Mittellängsachse MA ausgeführt und weist eine Hauptstrebe 16 mit zwei endseitigen Befestigungsbereichen 12 und einen weiteren Befestigungsbereich 14 auf, welcher über Stützstreben 18 mit der Hauptstrebe 16 verbunden ist. Hierbei bildet die Hauptstrebe 16 mit den Stützstreben 18 ein gleichschenkliges Trapez aus, wobei der weitere Befestigungsbereich 14 parallel zur Hauptstrebe 16 verläuft. Selbstverständlich ist eine solche spiegelsymmetrische Ausführung der Versteifungsstrebe 10 für die Funktionalität nicht zwingend erforderlich, so kann die Versteifungsstrebe 10 bei nicht dargestellten Ausführungsbeispielen auch nicht spiegelsymmetrische Bereich aufweisen.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, sind die endseitigen Befestigungsbereiche 12 jeweils gabelförmig mit drei Führungslöchern 24 ausgeführt, durch welche das korrespondierende Verbindungselement 20 geführt werden kann, um die Versteifungsstrebe 10 an den Karosserieteilen 3 anzubinden. Hierbei ist jeweils ein Führungsloch 24 im Endbereich der Schenkel und ein Führungsloch 24 im gemeinsamen Fußbereich des gabelförmigen Befestigungsbereichs 12 angeordnet. Der weitere Befestigungsbereich 14 ist als Befestigungskonsole mit zwei Führungslöchern 24 ausgeführt. Selbstverständlich können die Befestigungsbereiche 12, 14 in Abhängigkeit von den konstruktiven Randbedingungen eine andere Form mit mehr oder weniger Führungslöchern 24 aufweisen.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, ist die Versteifungsstruktur 1 im dargestellten Ausführungsbeispiel zur Versteifung einer Frontstruktur des Fahrzeugs eingesetzt und verbindet zwei seitliche Längsträgeranordnungen 7 miteinander, welche außenseitig eines nicht dargestellten Motors des Fahrzeugs verlaufen. An den seitlichen Längsträgeranordnungen 7 sind als Federbeinaufnahmen ausgeführte tragende Karosserieteile 3 angebunden. Hierbei ist die Versteifungsstrebe 10 mit den gabelförmigen endseitigen Befestigungsbereichen 12 als Domstrebe ausgeführt, welche zwei als Federbeinaufnahmen ausgeführte tragende Karosserieteile 3 miteinander verbindet. Die als Domstrebe ausgeführte Versteifungsstrebe 10 ist über den weiteren Befestigungsbereich 14 mit einem als Scheibenquerträger ausgeführten tragenden Karosserieteil 5 verbunden. Die als Domstrebe ausgeführte Versteifungsstrebe 10 ist konstruktiv so ausgelegt, dass sie die während des Fahrbetriebs vom Fahrwerk über die Feder-Dämpfer-Elemente in die Fahrzeugkarosserie eingeleitete Kräfte aufnehmen kann. Alternativ kann die erfindungsgemäße Versteifungsstruktur 1 auch zur Versteifung einer Heckstruktur des Fahrzeugs eingesetzt werden und zwei seitliche Längsträgeranordnungen 7 im Fahrzeugheckbereich miteinander verbinden.
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Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, sind die Verbindungselemente 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstärkungsstruktur 1 als Aluminiumschrauben 22 ausgeführt, welche im Crashfall vor der Versteifungsstrebe 10 versagen. Alternativ können die Verbindungselemente beispielsweise als Aluminiumbolzen ausgeführt werden.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ist die Versteifungsstrebe 10 nach einem Frontcrash-Komponentenversuch intakt, während die Schraubverbindungen über die als Aluminiumschrauben 22 ausgeführten Verbindungselemente 20 durch die wirkende Aufprallkraft F versagt haben. Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, wird die Aufprallkraft F über die seitlichen Längsträgeranordnung 7 abgeleitet, welche mit den als Federbeinaufnahmen ausgeführten tragenden Karosserieteilen 3 verbunden ist.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Versteifungsstruktur für ein Fahrzeug ermöglichen in vorteilhafter Weise eine optimale Auslegung der Versteifungsstrebe für die optimale Steifigkeit während des Fahrbetriebs und verhindern durch das Versagen der Aluminiumverbindungselemente anstatt der Deformation bzw. des Versagens der Versteifungsstrebe in vorteilhafter Weise eine Beschädigung des Fahrgastraums im Crashfall.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Versteifungsstruktur für ein Fahrzeug
- 3
- tragendes Karosserieteil (Federbeinaufnahme)
- 5
- tragendes Karosserieteil (Scheibenquerträger)
- 7
- Längsträgeranordnung
- 10
- Versteifungsstrebe (Domstrebe)
- 12, 14
- Befestigungsbereich
- 16
- Hauptstrebe
- 18
- Stützstrebe
- 20
- Verbindungselement
- 22
- Aluminiumschraube
- 24
- Führungsloch
- MA
- Mittellängsachse
- F
- Aufprallkraft
