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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines Querträgers oder Längsträgers in einem Kraftfahrzeug, wobei die Enden des Querträgers oder Längsträgers einen jeweiligen Befestigungsabschnitt aufweisen, der jeweils eine erste und eine zweite Durchbrechung aufweist und mit einem ersten durch die erste Durchbrechung und mit einem zweiten durch die zweite Durchbrechung hindurchgeführten Befestigungsmittel an einer Haltekomponente befestigt wird.
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Quer- bzw. Längsträger in Kraftfahrzeugen, beispielsweise ein Modulquerträger, der das Traggerüst des Cockpits darstellt, können zur Bereitstellung einer ausreichenden Steifigkeit an beiden Enden mit mehreren Schrauben an Haltekomponenten, insbesondere an der Karosserie des Kraftfahrzeugs, befestigt werden. Hierbei tritt das Problem auf, dass bei einer Nutzung von zwei oder mehr Schrauben an jedem Ende die Position des jeweiligen Querträgers bzw. Längsträgers überbestimmt ist, so dass bereits bei geringen Bauteiltoleranzen eine Verspannung der Befestigung auftreten kann, die zu einem Versagen von Schweißnähten oder Toleranzproblemen aufgrund einer unkontrollierten Verwindung des Trägers führen kann. Prinzipiell wäre es zwar möglich, an wenigstens einem der Enden ein zusätzliches Verstellelement vorzusehen, das entsprechende Toleranzen ausgleichen kann. Das Vorsehen eines solchen Verstellelements führt jedoch zu Mehrkosten und einem zusätzlichen Bauraumverbrauch.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 043 262 A1 ist es bekannt, einen Querträger an seinen Enden über ein Verformungselement anzubringen. Dies dient dort dazu, bei einem unfallbedingten Auseinanderschieben der A-Säulen eine feste Halterung des Trägers an den A-Säulen sicherzustellen. Prinzipiell könnte ein solcher Verformungsbereich auch zum Toleranzausgleich genutzt werden. Da ein Modulquerträger jedoch zugleich zur Aufnahme von Crashkräften und zur Abstützung der Lenkung in sich sehr verwindungssteif und unnachgiebig ausgelegt sein sollte, kann es hierbei nachteilig sein, dass die Dreh- und Biegemomentsteife der Anbindung zu den A-Säulen durch einen solchen Verformungsbereich reduziert wird. Zugleich erschwert es die Nutzung entsprechender Verformungselemente, die Lage des Modulquerträgers im Kraftfahrzeug mit hoher Genauigkeit festzulegen. Dies kann beispielsweise nachteilig sein, wenn der Modulquerträger eine Projektionseinrichtung eines Head-up-Displays trägt, die exakt zu einer Scheibe im Kraftfahrzeug ausgerichtet sein muss. Eine nachträgliche Justage einer solchen Projektionseinrichtung ist häufig nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich, so dass eine Befestigung des Modulquerträgers über Verformungselemente in solchen Fällen kaum genutzt werden kann.
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Die Druckschrift
WO 2018/030472 A1 betrifft die seitliche Befestigung eines Querträgers im Kraftfahrzeug, der ein Armaturenbrett abstützt. Hierbei ist jeweils seitlich an dem Querträger ein U-förmiges Profil mit insgesamt drei Schraublöchern angebracht, über die der Querträger mit dem Fahrzeugkörper verschraubt wird. Im Bereich der oberen beiden Schraublöchern ist das U-förmige Profil durch ein Verstärkungselement verstärkt.
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Ein Querträger für ein Armaturenbrett ist zudem aus der Druckschrift
US 2016/0200367 A1 bekannt. Der Querträger ist im oberen Bereich verformt und weist eine Durchbrechung für eine obere Verschraubung auf. Zusätzlich ist am unteren Ende des Trägers ein Befestigungsmittel angebracht, das eine Durchbrechung für eine untere Verschraubung aufweist.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Verspannungen der Befestigung eines Längs- bzw. Querträgers zu vermeiden und es dennoch zu ermöglichen, dessen Position bzw. Orientierung mit hoher Genauigkeit festzulegen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei die genaue Position des Querträgers oder Längsträgers bezüglich der Haltekomponenten festgelegt wird, indem der Querträger oder Längsträger zunächst ausschließlich mit den ersten Befestigungsmitteln an den Haltekomponenten befestigt wird, wonach eine zusätzliche Befestigung über die zweiten Befestigungsmittel erfolgt, wobei im Rahmen der zusätzlichen Befestigung ein Biegesegment des jeweiligen Befestigungsabschnittes, das zwischen der ersten und zweiten Durchbrechung des jeweiligen Befestigungsabschnitts angeordnet ist und eine geringere Biegesteifigkeit aufweist als ein Befestigungssegment des jeweiligen Befestigungsabschnitts, das die erste Durchbrechung aufweist, gebogen wird.
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Es wird somit vorgeschlagen, zwischen den beiden Durchbrechungen und somit zwischen den beiden Befestigungspunkten des Befestigungsabschnitts gezielt eine biegeweiche Stelle einzukonstruieren, die verformbar ist, um die eingangs diskutierte Überbestimmung aufzuheben. Soweit bei der Befestigung des Quer- bzw. Längsträgers somit Verspannungen aufgrund der Überbestimmung auftreten würden, führen diese im Wesentlichen ausschließlich zu einer Verbiegung im Biegesegment, wodurch Belastungen von Schweißnähten, Verwindungen des Quer- bzw. Längsträgers und Ähnliches nicht oder zumindest in erheblich verringertem Umfang auftreten.
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Zugleich ist der Befestigungsabschnitt jedoch im Befestigungssegment, in dem die Befestigung durch das erste Befestigungsmittel erfolgt, relativ steif. Vorzugsweise ist das Befestigungssegment auch mit einer hohen Verwindungssteifigkeit an den Quer- bzw. Längsträger angebunden, so dass über die ersten Befestigungsmittel an beiden Enden des Quer- bzw. Längsträgers eine Festlegung der Position und Orientierung des Quer- bzw. Längsträgers mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
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Die zusätzliche Befestigung durch das zweite Befestigungsmittel kann ausschließlich dazu dienen, die Robustheit der Befestigung weiter zu erhöhen. Hierbei kann zwar die reduzierte Biegesteifigkeit in dem Biegesegment zu einer geringfügigen Reduzierung der Steifigkeit des Gesamtsystems aus Quer- bzw. Längsträger und Haltekomponenten führen. Diese ist jedoch mit guter Genauigkeit voraussagbar und kann somit leicht durch Optimierung des Längs- bzw. Querträgers bzw. von anderen Steifigkeit bereitstellenden Komponenten kompensiert werden. Der Auslegungsprozess kann hierbei berechnungsgestützt definiert und optimiert werden. Soll beispielsweise eine hohe Steifigkeit im Bereich einer Projektionseinrichtung eines Head-up-Displays erreicht werden, kann hierbei der Steifigkeitsverlust durch Anpassung der Form der mit der Stirnwand verbundenen Aufnahmen für die Projektionseinrichtung kompensiert werden.
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Durch das erfindungsgemäße Vorsehen des Biegesegments im Befestigungsabschnitt kann erreicht werden, dass der Quer- bzw. Längsträger spannungsfrei verbaut werden kann, wobei gleichzeitig auf eine Nutzung spezieller Ausgleichselemente verzichtet werden kann. Im vorliegenden Dokument wird als Beispiel für den Quer- bzw. Längsträger ein Modulquerträger diskutiert. Die beschriebene Lehre kann jedoch auch auf andere Längs- oder Querträger übertragen werden.
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Die Biegesteifigkeit in dem Befestigungssegment kann wenigstens 30 % oder wenigstens 50 % oder wenigstens 100 % größer sein als die Biegesteifigkeit in dem Biegesegment. Der Befestigungsabschnitt kann insbesondere stoffschlüssig mit dem Quer- oder Längsträger verbunden sein oder auch materialeinheitlich und einstückig mit diesem ausgebildet sein. Beispielsweise können der Quer- und Längsträger und der Befestigungsabschnitt gemeinsam aus einem oder mehreren Blechen hergestellt sein.
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Die Ausführungen zur Biegesteifigkeit können sich insbesondere auf eine Biegesteifigkeit bezüglich Biegungen in die Durchbrechungsrichtung beziehen, also beispielsweise auf eine Krümmung senkrecht zu dem durchbrochenen Blech bzw. parallel zum Schaft einer als Befestigungsmittel genutzten Schraube.
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Wird beispielsweise eine Schraube als Befestigungsmittel genutzt, kann die Befestigung beispielsweise mit Hilfe eines Gewindes in der Haltekomponente erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Haltekomponente eine Durchbrechung aufweist und die Schraube beispielsweise durch eine Mutter gesichert wird.
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Der Befestigungsabschnitt kann in dem Biegesegment und dem Befestigungssegment aus dem gleichen Material bestehen. Ergänzend oder alternativ kann das Flächenträgheitsmoment in dem Befestigungssegment größer als in dem Biegesegment sein. Besteht der Befestigungsabschnitt in dem Biegesegment und dem Befestigungssegment aus dem gleichen Material, so resultiert hieraus auch ein zumindest näherungsweise gleiches Elastizitätsmodul in beiden Segmenten. Die Biegesteifigkeit entspricht dem Produkt aus dem Elastizitätsmodul des Werkstoffs und dem Flächenträgheitsmoment des Querschnitts. Die unterschiedliche Biegesteifigkeit wird somit insbesondere durch unterschiedliche Querschnittsprofile erzeugt, wobei unterschiedliche Querschnittsprofile typischerweise auch zu unterschiedlichen Flächenträgheitsmomenten führen.
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Beispielsweise kann der Befestigungsabschnitt im Biegesegment durch ein ebenes Blech gebildet sein und im Befestigungssegment durch mehrere gewinkelt zueinander stehende Blechabschnitte, beispielsweise durch ein L-, U- oder Rechteckprofil. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, dass im Biegesegment ein L-Profil und im Befestigungssegment ein U- oder Rechteckprofil oder im Biegesegment ein U-Profil und im Befestigungssegment ein Rechteckprofil genutzt werden. Die beispielhaft genannten Profile des Befestigungsabschnitts im Biege- bzw. Befestigungssegment sind beispielhaft gewählt, da entsprechende Profile besonders einfach hergestellt werden können. Es können jedoch auch andere Profile genutzt werden, eine Blechstärke zwischen Biegesegment und Befestigungssegment variiert werden oder Ähnliches.
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Der Befestigungsabschnitt kann in dem Befestigungssegment zusätzlich eine weitere Durchbrechung aufweisen, wobei das erste Befestigungsmittel geradlinig durch die erste und die weitere Durchbrechung hindurchgeführt ist. Insbesondere kann der Befestigungsabschnitt im Befestigungssegment zwei beabstandete Wände umfassen, von denen eine die erste Durchbrechung und eine die weitere Durchbrechung aufweist. Die zwei beabstandeten Wände können insbesondere im Wesentlichen parallel sein. Beispielsweise kann es sich um zwei gegenüberliegende Wände eines U- oder Rechteckprofils handeln. Durch Nutzung von Durchbrechungen in zwei beabstandeten Wänden, die insbesondere über wenigstens eine weitere Wand verbunden sind, kann im Befestigungssegment ein hohes Flächenträgheitsmoment und somit eine hohe Biegesteifigkeit erreicht werden.
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Der Befestigungsabschnitt kann zumindest im Bereich der zweiten Durchbrechung durch ein Blech gebildet sein, wobei das zweite Befestigungsmittel ausschließlich durch die zweite Durchbrechung durch das Blech geführt ist. Somit können relativ kurze Schrauben benutzt werden und das Biegesegment kann sich beispielsweise bis zum Bereich der zweiten Durchbrechung hin erstrecken. Ist das zweite Befestigungsmittel eine Schraube, kann ein weicher Schraubfall resultieren, bei dem ein Anschlag der Schraube an dem Blech nicht zu einem Drehmomentsprung führt, sondern aufgrund des im Biegesegment nachgebenden Blechs nur zu einer Drehmomenterhöhung.
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Der Querträger kann insbesondere ein Modulquerträger sein, der wenigstens eine Komponente des Armaturenbretts des Kraftfahrzeugs trägt. Der Modulquerträger kann insbesondere auch eine Projektionseinrichtung für ein Head-up-Display tragen. In diesem Fall ist eine exakte Positionierung des Modulquerträgers bezüglich der Scheibe hochrelevant, weshalb es besonders vorteilhaft ist, dass die Position und Orientierung des Querträgers im Kraftfahrzeug durch die ersten Befestigungsmittel mit hoher Genauigkeit festgelegt werden kann, wonach eine zusätzliche Erhöhung der Robustheit der Befestigung durch die zweiten Befestigungsmittel erfolgt.
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Wie erläutert betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines Querträgers oder Längsträgers in einem Kraftfahrzeug, wobei die Enden des Querträgers oder Längsträgers einen jeweiligen Befestigungsabschnitt aufweisen, der jeweils eine erste und eine zweite Durchbrechung aufweist und mit einem ersten durch die erste Durchbrechung und einem zweiten durch die zweite Durchbrechung hindurchgeführten Befestigungsmittel an einer Haltekomponente befestigt wird. Die Position des Querträgers oder Längsträgers bezüglich der Haltekomponente wird festgelegt, indem der Querträger oder Längsträger zunächst ausschließlich mit den ersten Befestigungsmitteln an den Haltekomponenten befestigt wird, wonach eine zusätzliche Befestigung über die zweiten Befestigungsmittel erfolgt, wobei im Rahmen der zusätzlichen Befestigung ein Biegesegment des jeweiligen Befestigungsabschnitts, das zwischen der ersten und zweiten Durchbrechung des jeweiligen Befestigungsabschnitts angeordnet ist und eine geringere Biegesteifigkeit aufweist als ein Befestigungssegment des jeweiligen Befestigungsabschnitts, das die erste Durchbrechung aufweist, gebogen wird.
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Wie bereits erläutert, ermöglicht die Biegung des Biegesegments einen Toleranzausgleich bzw. eine Aufhebung der Überbestimmung durch Befestigung des Quer- oder Längsträgers durch vier Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben. Zugleich kann jedoch durch die Befestigung über die ersten Befestigungsmittel die Position und Orientierung des Quer- oder Längsträgers mit hoher Genauigkeit festgelegt werden und mit Hilfe der zweiten Befestigungsmittel eine zusätzliche Versteifung erreicht werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden Ausführungsbeispiel sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 ein Kraftfahrzeug mit einem gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens montierten Querträger,
- 2 eine Detailansicht der Befestigung des in 1 gezeigten Querträgers, und
- 3 eine geschnittene Ansicht der in 2 dargestellten Befestigung.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Querträger 2, im Beispiel einem Modulquerträger, der an zwei Haltekomponenten 8, 9, im Beispiel an A-Säulen der Karosserie des Kraftfahrzeugs 1, befestigt ist. Der Modulquerträger 2 stellt das Tragegerüst des gesamten Cockpits dar und trägt beispielsweise das Armaturenbrett 3 bzw. dessen Verkleidung sowie dort angeordnete Komponenten 5, 6. Zudem kann der Querträger 2 dazu dienen, eine Lenkung 4 abzustützen.
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Wie später noch im Detail mit Bezug auf 2 und 3 erläutert werden wird, kann ein solcher Querträger 2 beispielsweise mit jeweils zwei Schrauben an den A-Säulen befestigt werden. Dies führt jedoch zu einer Überbestimmung der Position und Orientierung des Querträgers 2 bei einer vollständig steifen Befestigung des Querträgers 2. Dies würde bereits bei geringen Bauteiltoleranzen zu einer Verspannung der Verschraubung führen, was beispielsweise ein Versagen von Schweißnähten oder eine unkontrollierte Verwindung des Querträgers 2 auslösen könnte. Daher sollte ein Toleranzausgleich vorgesehen werden. Zugleich soll jedoch erreicht werden, dass die Position und Orientierung des Querträgers 2 mit hoher Genauigkeit vorgegeben werden können. Dies ist beispielsweise hochrelevant, wenn die Komponente 6 eine Projektionseinrichtung eines Head-up-Displays ist, die ein Bild auf eine nur schematisch dargestellte Scheibe 7 projizieren soll. Es ist in diesem Fall hochrelevant, die Position und Orientierung der Projektionseinrichtung 6, die wiederum von der Position und Orientierung des Querträgers 2 abhängt, mit hoher Genauigkeit vorzugeben, um eine korrekte Projektion zu ermöglichen.
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Eine Befestigung, die die entsprechenden Anforderungen erfüllt, ist in einer Detailansicht in 2 und in einer geschnittenen Darstellung in 3 dargestellt. Hierbei weisen beide Enden des Querträgers 2 einen jeweiligen Befestigungsabschnitt 10 auf, der eine erste und zweite Durchbrechung 11, 12 aufweist. Ein erstes und zweites Befestigungsmittel 13, 14, im Beispiel Schrauben, sind durch die Durchbrechungen 11, 12 geführt, um den Befestigungsabschnitt 10 und somit den Querträger 2 an der Haltekomponente 8, also der A-Säule, zu befestigen.
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Im Rahmen der Montage des Querträgers 2 an den Haltekomponenten 8, 9 erfolgt zunächst ausschließlich eine Befestigung durch die ersten Befestigungsmittel 13, durch die die Position und Orientierung des Querträgers 2 festgelegt wird. Bei einem anschließenden Anziehen der zweiten Befestigungsmittel 14 werden Toleranzen im Wesentlichen vollständig dadurch ausgeglichen, dass sich der Befestigungsabschnitt 10 in einem Biegesegment 15, das zwischen den Durchbrechungen 12, 13 angeordnet ist, verbiegt.
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Dies wird dadurch erreicht, dass ein Befestigungsabschnitt 10 verwendet wird, dessen Biegesegment 15 eine geringere Biegesteifigkeit aufweist als ein Befestigungssegment 16, in dem die erste Durchbrechung 11 angeordnet ist. Da somit das erste Befestigungsmittel 13 den Querträger 2 mit hoher Steifigkeit an den Haltekomponenten 8, 9 befestigen kann, kann dessen Position und Orientierung mit hoher Genauigkeit festgelegt werden. Durch die zweiten Befestigungsmittel 14 wird die Steifigkeit und Robustheit der Verbindung weiter erhöht. Durch die relativ geringe Biegesteifigkeit des Biegesegments 15 wird dennoch ein Toleranzausgleich ermöglicht, wobei sichergestellt ist, dass die Toleranzen zumindest weitgehend durch ein Biegen des Biegesegments 15 kompensiert werden und somit beispielsweise eine starke Belastung von Schweißnähten bzw. eine Verwindung des Querträgers 2 selbst vermieden werden kann.
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Vorzugsweise ist der gesamte Befestigungsabschnitt aus dem gleichen Material, beispielsweise aus Blech, gebildet und weist somit im Wesentlichen in dem Befestigungssegment 16 und dem Biegesegment 15 das gleiche Elastizitätsmodul auf. Die unterschiedliche Biegesteifigkeit in diesen Segmenten wird somit durch eine Variation des Flächenträgheitsmoments realisiert, die dadurch erreicht wird, dass unterschiedliche Querschnittsgeometrien in dem Biegesegment 15 und in dem Befestigungssegment 16 verwendet werden. In dem in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel werden hierfür eine Vielzahl von Ansätzen kombiniert, wobei es auch ausreichend sein kann, einen oder mehrere dieser Ansätze auszuwählen und/oder andere Ansätze zur Variation der Biegesteifigkeit zu nutzen.
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Im Befestigungssegment 16 wird eine relativ hohe Biegesteifigkeit in die Richtung der Durchbrechung 11 dadurch erreicht, dass das Befestigungsmittel 13 durch Durchbrechungen 11, 19 verschiedener Wände 20, 21 geführt ist, die durch die Wände 17, 18 verbunden sind. Somit wird im Befestigungssegment 16 ein rechteckförmiger Querschnitt und somit ein hohes Flächenträgheitsmoment erreicht. Da das Befestigungsmittel 13 zudem durch beide Wände 20, 21 geführt ist, resultiert eine zusätzliche Versteifung.
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Im Bereich der zweiten Durchbrechung 12 wird das zweite Befestigungsmittel 14 hingegen nur durch eine Schicht aus Blech 22 geführt. Zwar wird gemeinsam mit der Wand 18 ein L-Profil ausgebildet, was die Biegesteifheit im Bereich der zweiten Durchbrechung 12 bzw. im Biegesegment 15 gegenüber einer ausschließlichen Nutzung eines flachen Blechs erhöht. Die Biegesteifheit ist dennoch deutlich geringer als im Bereich des Befestigungssegments 16.
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Wie in 2 dargestellt ist, ist an dem Befestigungsabschnitt 10 zusätzlich zum Querträger 2 eine Strebe 23 angeordnet, die den Befestigungsabschnitt 10 beispielsweise mit einem weiteren Querträger verbindet. Dieser ist zwar aufgrund seiner Befestigung am unteren Rand des Befestigungsabschnitts 10 weniger starr mit der Haltekomponente 8 gekoppelt als der Querträger 2. Dennoch kann er beispielsweise dazu dienen, ein Armaturenbrett bzw. dessen Verkleidung zusätzlich abzustützen bzw. Komponenten zu tragen, die weniger steif mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs 1 gekoppelt sein müssen.
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Die Nutzung eines relativ biegeweichen Biegesegments 15 ermöglicht es, auch bei relativ starrer Verbindung des Querträgers 2 mit den Haltekomponenten 8, 9 Verspannungen des Querträgers 2 zu vermeiden, ohne dass komplexe Ausgleichselemente zum Toleranzausgleich genutzt werden müssen. Das relativ weiche Biegesegment kann zwar zunächst dazu führen, dass die Gesamtsteifigkeit gegenüber eines durchgehend steifen Befestigungsabschnitts reduziert wird. Dies kann jedoch durch Optimierung anderer Komponenten, beispielsweise des Querträgers bzw. einer Aufnahme für die Projektionseinrichtung des Head-up-Displays kompensiert werden. Eine entsprechende Optimierung kann rechnungsgestützt erfolgen.
