DE102016214996A1

DE102016214996A1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016214996A1
Application number: DE102016214996.2A
Authority: DE
Inventors: Maria Birnkammer; Peter Hirsch; Clemens Walther
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-08-11
Filing date: 2016-08-11
Publication date: 2018-02-15
Also published as: US10889333B2; WO2018028929A1; CN109476350B; US20190168821A1; CN109476350A

Abstract

Aus der DE 10214372 A1 ist bereits ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem zwei V-förmig angeordnete Versteifungsstreben mit ihrem einen Ende an einem Aufnahmebauteil am Fahrzeugheck befestigt sind. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem der Aufbau des Aufnahmebauteils für die Befestigung der beiden Enden der heckseitigen Versteifungsstreben vereinfacht ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Aufnahme-Bauteil ein Kunststoff-Metall-Hybridbauteil ist, das aus einem offenen, schalenförmigen Metall-Bauteil und aus einem faserverstärkten Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil besteht und dass das faserverstärkte Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil in dem Metall-Bauteil integriert ist und das Metall-Bauteil verstärkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10214372 A ist bereits ein Kraftfahrzeug mit einer selbsttragenden Karosserie bekannt. Zur Versteifung der Karosserie sind an der Unterseite des Bodens zwei V-förmig angeordnete, heckseitige Versteifungsstreben vorgesehen. Die beiden Versteifungsstreben laufen jeweils in Richtung eines Fahrzeughecks zusammen. Durch die V-förmige Anordnung der Versteifungsstreben am Karosserie-Unterboden verringern sich die Torsionsamplituden der Karosserie aufgrund der erhöhten Torsionssteifigkeit der Karosserie. Die beiden heckseitigen Enden der Versteifungsstreben sind an einem Aufnahme-Bauteil befestigt. Die dazu gegenüberliegenden beiden vorderen Enden der Versteifungsstreben sind an zwei seitlichen Längsträgern unterhalb einer Fahrgastzelle befestigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem der Aufbau des Aufnahmebauteils für die Befestigung der beiden Enden der heckseitigen Versteifungsstreben vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug mit einer selbsttragenden Karosserie, die eine Fahrgastzelle aufweist, verlaufen zwei Längsträger an einem Boden der Karosserie. Die beiden Längsträger erstrecken sich von einem Fahrzeugvorderbau über den Boden der Fahrgastzelle bis in ein Fahrzeugheck. Ferner sind zwei hintere, V-förmig verlaufende Versteifungsstreben vorgesehen, die mit ihren vorderen Enden an unterhalb der Fahrgastzelle verlaufenden seitlichen Längsträgerabschnitten der beiden Längsträger befestigt sind. Die hinteren Enden der beiden Versteifungsstreben sind an einem Aufnahme-Bauteil angeordnet.
Vorteilhafterweise ist das Aufnahme-Bauteil ein Kunststoff-Metall-Hybridbauteil, das aus einem offenen, schalenförmigen Metall-Bauteil und aus einem faserverstärkten Kunststoff-Bauteil besteht, wobei das faserverstärkte Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil in dem Metall-Bauteil integriert ist und das Metall-Bauteil verstärkt.
Das erfindungsgemäße Aufnahme-Bauteil ist im fertigen Zustand einteilig, gewichtsoptimiert und hochsteif.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Verstärkungsbauteil zwei V-förmig verlaufende Arme auf, die an einem Knoten oder Verbindungsabschnitt des Verstärkungsbauteils einstückig miteinander verbunden sind.
Das Verstärkungsbauteil weist vorteilhafterweise ein schalenförmiges Oberteil auf, dessen Außenfläche einer Innenfläche des Metall-Bauteils entspricht.
An einer Unterseite des Verstärkungsbauteils des Aufnahme-Bauteils sind in einer vorteilhaften Ausführungsform einstückig Verstärkungsstege mit ringförmigen Befestigungsabschnitten ausgebildet.
Vorteilhafterweise sind die ringförmigen Befestigungsabschnitte des Verstärkungsbauteils über Verbindungsstege mit einem umlaufenden Außenrand der Schale des Verstärkungsbauteils verbunden sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind in den ringförmigen Befestigungsabschnitten des Verstärkungsbauteils Durchgangsöffnungen für die Durchgangsöffnungen für die Befestigungsabschnitte sowie Durchgangsöffnungen am Verbindungsabschnitt ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist in der jeweiligen Öffnung des Verstärkungs-Kunststoff-Bauteils zur Befestigung des jeweiligen Endes der Versteifungsstrebe ein Gewinde für eine Schraubverbindung integriert.
Der Verbindungsabschnitt des Aufnahme-Bauteils ist vorteilhafterweise zum jeweiligen flanschförmigen Befestigungsabschnitt am des jeweiligen Armes in vertikaler Richtung um eine vorbestimmte Höhe beabstandet ist.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht von unten auf einen Boden eines Kraftfahrzeuges,
2 eine vergrößerte Darstellung eines in der 1 gezeigten Aufnahme-Bauteiles,
3 eine perspektivische Ansicht einer Unterseite eines Verstärkungs-Bauteils des Aufnahme-Bauteils,
4 eine Ansicht von oben auf die in der 3 gezeigte Unterseite des Verstärkungs-Bauteils des Aufnahme-Bauteils,
5 eine Ansicht von der Seite auf das in den 3 und 4 gezeigte Aufnahme-Bauteil,
6 eine Ansicht von oben auf ein schalenförmiges Metall-Bauteil, in dem das Verstärkungs-Bauteil des Aufnahme-Bauteils integriert ist,
7 eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung des Aufnahme-Bauteils, aus der die Anordnung eines Endes einer Versteifungsstrebe sowie die Befestigung des Aufnahme-Bauteils am Boden der Kraftfahrzeug-Karosserie hervorgeht.
Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Bodens 3 einer selbsttragenden Karosserie 2 eines Kraftfahrzeuges 1, die eine Fahrgastzelle aufweist. Unterhalb einer nicht dargestellten Fahrgastzelle verlaufen an dem Boden 3 der Karosserie 2 zwei Längsträger 4, 5.
Die beiden Längsträger 4, 5 erstrecken sich von einem Fahrzeugvorderbau 1a über den Boden 3 der Fahrgastzelle bis in ein Fahrzeugheck 1b und ein heckseitiges Ende 12 des Bodens 3. Die beiden Längsträger 4, 5 weisen zwei äußere, schwellerseitige, parallel zueinander verlaufende Längsträgerabschnitte 4a und 5a auf, an die sich zwei hintere, heckseitige Längsträgerabschnitte 4b und 5b anschließen.
An einem hinteren Ende 6, 7 des jeweiligen Längsträgerabschnittes 4a und 5a ist jeweils ein vorderes Ende 8, 9 einer Versteifungsstrebe 10, 11 befestigt. Die beiden Versteifungsstreben 10, 11 verlaufen V-förmig zu einem Aufnahme-Bauteil 14. Das Aufnahme-Bauteil 14 ist am Boden 3 des Fahrzeughecks 1b des Kraftfahrzeuges 1 an einem wannenförmigen Bauteil 13 befestigt. In der Draufsicht ist das Aufnahme-Bauteil 14 V-förmig.
Das Aufnahme-Bauteil 14 ist ein Kunststoff-Metall-Hybridbauteil, das aus einem einer Metall-Bauteil 36 und einem Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil 35 aufgebaut ist. Das Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil 35 ist in dem Metall-Bauteil 36 integriert. An dem Aufnahme-Bauteil 14 ist jeweils ein hinteres Ende 31, 32 der Versteifungsstrebe 10, 11 befestigt.
Das Aufnahme-Bauteil 14 weist zwei seitliche Arme 15, 16 auf, die an ihren freien Enden 17, 18 jeweils einen flanschförmigen Befestigungsabschnitt 19, 20 aufweisen. In der gezeigten Ausführungsform ist der jeweilige Befestigungsabschnitt 19, 20 in etwa rechteckförmig ausgebildet und weist jeweils zwei Durchgangsöffnungen 21, 22 und 23, 24 auf.
Die zum Boden 3 der Karosserie 2 beabstandeten Enden 25, 26 der Arme 15, 16 des Aufnahmebauteils 14 sind an einem Knoten oder Verbindungsabschnitt 27 des Aufnahmebauteils 14 einstückig miteinander verbunden. In der gezeigten Ausführungsform sind an einem vorderen Abschnitt 28 des Verbindungsabschnittes 27 des Aufnahmebauteils 14 zwei Durchgangsöffnungen 29, 30 zur Befestigung von hinteren Enden 31, 32 der Versteifungsstreben 10, 11 ausgebildet.
Die Bezugszeichen für die Bauteile des Aufnahmebauteils 14, wie beispielsweise die Arme 15, 16, die freien Enden 17, 18 der Arme 15, 16, die Befestigungsabschnitte 19, 20 an den freien Enden 17, 18 der Arme 15, 16, die Enden 25, 26 der Arme 15, 16 an dem Verbindungsabschnitt 27 gelten sowohl für das Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil 35 als auch für das Metall-Bauteil 36.
Nur vereinzelt sind der Übersichtlichkeit halber entsprechende Fußnoten an den entsprechenden Bauteilen im Text und in den Figuren vorhanden. Beispielsweise sind vereinzelt der Verbindungsabschnitt 27 am Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil 35 mit 27 ₃₅ und der Verbindungsabschnitt 27 an dem Metall-Bauteil 36 mit 27 ₃₆ bezeichnet.
An das jeweilige hintere Ende 6, 7 des schwellerseitigen Längsträgerabschnittes 4a und 5a schließt sich jeweils ein hinterer Längsträgerabschnitt 4b und 5b an, der bis zu einem heckseitigen Ende 1a jeweils verläuft. Die heckseitigen Enden 4c und 5c des hinteren Längsträgerabschnittes 4b und 5b haben in der gezeigten Ausführungsform einen rechteckförmigen Querschnitt.
Aus der vergrößerten Darstellung in der 2 geht ein im Bereich eines Radhauses 33 verlaufender Bereich des hinteren Längsträgerabschnittes 4b hervor. Ferner ist in der 2 teilweise das wannenförmige Bauteil 13 erkennbar. In der gezeigten Ausführungsform ist in dem wannenförmigen Bauteil 13 mindestens eine nicht dargestellte Batterie angeordnet.
In der 2 sind die flanschförmigen Befestigungsabschnitte 19, 20 der beiden Arme 15, 16 und die in den Befestigungsabschnitten 19, 20 ausgebildeten Durchgangsöffnungen 21, 22 und 23, 24 erkennbar. Über die Durchgangsöffnungen 29, 30 ist das jeweilige hintere Ende 31, 32 der jeweiligen Versteifungsstrebe 10, 11 beispielsweise über eine Schraubverbindung befestigt.
Die 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Unterseite 34 des Aufnahmebauteils 14. Die Unterseite 34 des Aufnahmebauteils 14 ist ein Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil 35, das in der gezeigten Ausführungsform aus einem faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.
Der Kunststoff ist beispielsweise ein Thermoplast oder ein Duroplast. Die verwendeten Fasern sind beispielsweise Kurz- und/oder Langfasern und/oder Endlosfasern. Die Fasern sind beispielsweise Kohlenstofffasern oder Glasfasern. Die Länge der verwendeten Faser ist den Anforderungen entsprechend angepasst. Die verwendete Faser kann lose angeordnet sein und/oder in Form eines textilen Gewebes mit einander verbunden und/oder entsprechend der Belastungsrichtung orientiert sein.
Das offene, schalenförmige Metall-Bauteil 36 hat eine Eigensteifigkeit und wird durch das integrierte Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil 35 zusätzlich versteift. Das Metall-Bauteil 36 kann beispielsweise aus Stahl oder einem Leichtmetall hergestellt sein. In der gezeigten Ausführungsform deckt das offene Metall-Bauteil 36 das Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil 35 vollständig ab.
Durch die Verwendung eines offenen, schalenförmigen Metall-Bauteils 36 ergibt sich eine glatte und hochfeste Metalloberfläche an der die metallischen Enden der Versteifungsstreben 10, 11 einfach, beispielsweise durch eine Verschraubung, befestigt werden können.
Auch die Befestigung zwischen der glatten und hochfesten Metalloberfläche der flanschförmigen Befestigungsabschnitte 19, 20 des Metall-Bauteils 36 und dem metallischen, wannenförmigen Bauteil 13 des Bodens 3 der Karosserie 2, beispielsweise durch eine Verschraubung, ist dauerhaft und einfach.
Das Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil 35 ist von dem in der 6 gezeigten offenen Metall-Bauteil 36 abgedeckt. Das Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil 35 weist eine nicht dargestellte glatte Außenfläche 63 auf, die zu einer nicht dargestellten glatten Innenfläche 64 des Metall-Bauteils 36 zeigt. Auf einer von dem Metall-Bauteil 36 abgewandten Innenfläche 37 des Verstärkungs-Kunststoff-Bauteils 35 sind einstückig Verstärkungsstege 38, 39 und 40 ausgebildet. Die Verstärkungsstege 38, 39 verlaufen jeweils in einem der beiden Arme 15, 16. Die Verstärkungsstege 40 sind im Bereich des Verbindungsabschnittes 27 angeordnet.
In der in der 3 gezeigten Ausführungsform sind jeweils Y-förmige Verstärkungsstege 38a, 38b, 38c und 39a, 39b, 39c ausgebildet. An den jeweiligen freien Enden 41, 42 der Verstärkungsstege 38b und 38c sowie an den freien Enden 43, 44 der Verstärkungsstege 39b und 39c sind ringförmige Befestigungsabschnitte 43, 44 und 45, 46 für die Durchgangsöffnungen 23, 24 und 21, 22 ausgebildet.
Die Verstärkungsstege 40a, 40b und 40c sind in der gezeigten Ausführungsform dreieckförmig angeordnet. An zwei gegenüberliegenden Ecken 47, 48 in Höhe des vorderen Abschnittes 28 sind zwei ringförmige Befestigungsabschnitte 49, 50 für die Durchgangsöffnungen 29, 30 ausgebildet. An einer weiteren Ecke 51 sind die entsprechenden Enden der Verbindungsstege 38a und 39a unter Bildung eines Knotens 52 miteinander verbunden.
Die ringförmigen Befestigungsabschnitte 43, 44 und 45, 46 sind über Verbindungsstege mit einem umlaufenden Außenrand 57 einer in der Schnittansicht der 7 erkennbaren Schale 35a des Verstärkungs-Kunststoff-Bauteils 35 verbunden. In gleicher Weise sind jeweils zwei Verbindungsstege 58, 59 und 60, 61 mit dem umlaufenden Außenrand 57 des Verstärkungs-Kunststoff-Bauteils 35 verbunden. Die ringförmigen Befestigungsabschnitte 43, 44; 45, 46; 49, 50 sind über Verbindungsstege 53, 54; 55, 56; 58, 59 mit einem umlaufenden Außenrand 57 der Schale 35a des Verstärkungs-Kunststoff-Bauteils 35 verbunden.
Aus der Seitenansicht der 5 geht hervor, dass zwischen einer Außenfläche 62 des Metall-Bauteils 36 im Bereich der Befestigungsabschnitte 19, 20 und dem Verbindungsabschnitt 27 ein vertikaler Abstand h₂₇ vorhanden ist. Der vertikale Abstand h₂₇ ist abhängig von der Höhe der seitlichen Längsträgerabschnitte 4a, 5a und der Höhe des Bodens 3 im Bereich 13 der Anbringung des Aufnahmebauteils 14. Die Höhe h₂₇ liegt beispielsweise in einem Bereich von 5cm ≤ h₂₇ ≤ 20cm.
Aus der Ansicht von oben der 6 auf die Außenfläche 62 des Metall-Bauteils 36 36 bzw. des Aufnahmebauteils 14 gehen die beiden Befestigungsabschnitte 19, 20 an den Armen 15, 16 mit den darin ausgebildeten Durchgangsöffnungen 21, 22 und 23, 24 hervor.
Aus der Schnittdarstellung der 7 geht hervor, dass die Form einer Außenfläche 63 des Verstärkungs-Kunststoff-Bauteils 35 mit einer Innenfläche 64 des Metall-Bauteils 36 übereinstimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10214372 A [0002]

Claims

Kraftfahrzeug (1) mit einer selbsttragenden Karosserie (2), die eine Fahrgastzelle aufweist, mit zwei Längsträgern (4, 5), die an einem Boden (3) der Karosserie (2) verlaufen und die sich von einem Fahrzeugvorderbau (1a) über den Boden (3) der Fahrgastzelle bis in ein Fahrzeugheck (1b) erstrecken, mit zwei hinteren, V-förmig verlaufenden Versteifungsstreben (10, 11), die mit ihren vorderen Enden (8, 9) an unterhalb der Fahrgastzelle verlaufenden seitlichen Längsträgerabschnitten (4a, 5a) der beiden Längsträger (4, 5) befestigt sind und wobei die beiden Versteifungsstreben (10, 11) mit ihren hinteren Enden (31, 32) an einem Aufnahme-Bauteil (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahme-Bauteil (14) ein Kunststoff-Metall-Hybridbauteil ist, das aus einem offenen, schalenförmigen Metall-Bauteil (36) und aus einem faserverstärkten Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil (35) besteht und dass das faserverstärkte Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil (35) in dem Metall-Bauteil (36) integriert ist und das Metall-Bauteil (36) verstärkt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil (35) zwei V-förmig verlaufende Arme (15, 16) aufweist, die an einem Verbindungsabschnitt (27) des Verstärkungs-Kunststoff-Bauteils (35) einstückig miteinander verbunden sind.
Kraftfahrzeug nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungs-Kunststoff-Bauteil (35) ein schalenförmiges Oberteil (35a) aufweist, dessen Außenfläche (63) einer Innenfläche (64) des schalenförmigen Metall-Bauteils (36) entspricht.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Unterseite (34) des Verstärkungs-Kunststoff-Bauteils (35) des Aufnahme-Bauteils (14) einstückig Verstärkungsstege (38, 39, 40) mit ringförmigen Befestigungsabschnitten (43, 44; 45, 46; 49, 50) ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Befestigungsabschnitte (43, 44; 45, 46; 49, 50) über Verbindungsstege (53, 54; 55, 56; 58, 59) mit einem umlaufenden Außenrand (57) der Schale (35a) des Verstärkungs-Kunststoff-Bauteils (35) verbunden sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den ringförmigen Befestigungsabschnitten (43, 44; 45, 46; 49, 50) des Verstärkungs-Kunststoff-Bauteils (35) Durchgangsöffnungen für die Durchgangsöffnungen (21, 22; 23, 24) für die Befestigungsabschnitte (19, 20) sowie Durchgangsöffnungen (29, 30) am Verbindungsabschnitt (27) ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der jeweiligen Öffnung (29, 30) des Verstärkungs-Kunststoff-Bauteils (35) zur Befestigung des jeweiligen Endes (31, 32) der Versteifungsstrebe (10, 11) ein Gewinde für eine Schraubverbindung integriert ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (27) des Aufnahme-Bauteils (17) zum jeweiligen flansch-förmigen Befestigungsabschnitt (19, 20) am jeweiligen freien Ende (17, 18) des jeweiligen Armes (15, 16) in vertikaler Richtung um eine vorbestimmte Höhe h₂₇ beabstandet ist.