DE102022124628B3

DE102022124628B3 - Karosserietragstruktur

Info

Publication number: DE102022124628B3
Application number: DE102022124628.0A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Bußmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2042-09-27

Abstract

Bei einer Karosserietragstruktur gemäß der Erfindung mit einem Schweller (20) und einem Querträger (10) ist zumindest eine erste Struktur (12) an dem Querträger (10) einerseits und zumindest eine zweite Struktur (22) an dem Schweller (20) andererseits paarweise zueinander derart komplementär ausgebildet und angeordnet, dass bei einer Relativbewegung vorbestimmter Art von Querträger (10) und Schweller (20) (im Seitencrash-Fall) ein Eingriff, zumindest einer Struktur (12) in die dazu komplementäre Struktur (22) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Karosserietragstruktur, mit einem Schweller und einem Querträger.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei welchen die Karosserietragstruktur die Aufgabe hat, elektrische Batterien zu tragen, also für reine Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge (mit Elektro- und Verbrennungsmotor). Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anwendungsfälle beschränkt.
Insbesondere allerdings bei Kraftfahrzeugen mit elektrischen Batterien muss in verstärktem Maße für eine Stabilität der Karosserietragstruktur gesorgt werden, vor Allem auch im Falle eines Unfalls. Bei dem sogenannten Norm-Lastfall „Seitencrash Pfahl“ muss gewährleistet sein, dass der Querträger nicht über den Schweller geschoben wird. Der Querträger hat nämlich die Aufgabe, einen Lastpfad im Falle des Aufpralls gegen den Pfahl bereitzustellen.
Bisherige Ansätze sehen unmittelbare Kopplungen von Querträger und Schweller vor.
Gemäß der DE 10 2019 134 712 A1 erfolgt eine solche Kopplung mittels eines formschlüssigen Koppelabschnitts.
Gemäß der DE 10 2019 008 169 B3 werden ein Querträger und ein Schweller überlappend gekoppelt, mittels Flanschverbindungen.
Gemäß der DE 10 2013 011 528 A1 kann der Querträger den Schweller überdecken.
Die DE 10 2021 129 120 A1 betrifft eine Energiespeicher-Bodenanlage für einen elektrisch antreibbaren Kraftwagen, mit einer jeweilige Seitenschweller umfassenden Bodenstruktur, unterseitig von welcher ein Speichergehäuse eines Energiespeichers für einen elektrischen Antrieb des Kraftwagens befestigt ist, und mit jeweiligen Profilelementen, welche entlang von Längsseiten des Speichergehäuses angeordnet und unterseitig des jeweils zugeordneten Seitenschwellers befestigt sind. Um eine Energiespeicher-Bodenanlage zu schaffen, welche bei einem Seitenaufprall ein gutes Unfallverhalten aufweisen soll, sind die Profilelemente mit dem jeweils seitlich zugeordneten Seitenschweller über jeweilige Verbindungseinrichtungen verbunden, welche bei einer unfallbedingten Relativbewegung des jeweiligen Seitenschwellers zum zugeordneten Profilelement in Fahrzeugquerrichtung von außen nach innen lösbar sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Karosserietragstruktur bereitzustellen, die in besonderem Maße stabil ist und so insbesondere von der Karosserietragstruktur getragene Batterien bei einem Aufprall in besonderem Maße schützen kann.
Die Aufgabe wird durch eine Karosserietragstruktur mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Zur Lösung der Aufgabe gehört auch das Bereitstellen eines Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Karosserietragstruktur.
Die erfindungsgemäße Karosserietragstruktur mit einem Schweller und einem Querträger ist somit dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine erste Struktur an dem Querträger einerseits und zumindest eine zweite Struktur an dem Schweller andererseits paarweise zueinander derart komplementär ausgebildet und angeordnet sind, dass bei einer Relativbewegung vorbestimmter Art von Querträger und Schweller, insbesondere bedingt durch einen Aufprall der Karosserietragstruktur (weiter insbesondere auf einen Pfosten), ein Eingriff zumindest einer Struktur in die dazu komplementäre Struktur erfolgt.
Es greift eine erste Struktur in die komplementäre zweite Struktur ein, und/ oder eine zweite Struktur in die komplementäre erste Struktur. Ein Eingriff erfolgt im Sinne der Erfindung auch dann, wenn zuvor ein Eingreifen schon partiell gegeben war, aber das Eingreifen bei der/ durch die Relativbewegung vollendet wird.
Die Erfindung geht somit davon ab, die Stabilität durch eine feste Kopplung zu gewährleisten. Eine zusätzliche feste Kopplung kann zwar vorgesehen sein, wesentlich ist hier aber das Erfolgen des Eingriffs im Moment des Aufpralls. Es versteht sich, dass auf diese Weise wesentlich weniger Bauteile bzw. weniger Bauteilmaterial benötigt werden/wird. Dies sorgt auch für eine Gewichtsersparnis. Das Bereitstellen eines Lastpfades kann so auch zielgenauer, insbesondere betreffend bestimmte Aufprallrichtungen und dergleichen, erfolgen.
Vorzugsweise wird bei der Relativbewegung ein Formschluss zumindest einer ersten Struktur mit der dazu komplementären zweiten Struktur erzeugt. Der Formschluss sorgt in besonderem Maße für die Stabilität im Crashfall.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die zweite Struktur eine Öffnung in dem Schweller, in welche die zugehörige erste Struktur bei der Relativbewegung eindringt.
Eine solche Öffnung lässt sich beispielsweise durch Laserabtragung in dem Schweller ausbilden, oder in den Schweller einstanzen. Dies kann vorzugsweise an einem Schwellerblech erfolgen. Der Schweller ist vorzugsweise wie üblich als Hohlprofilteil ausgebildet, insbesondere als Aluminiumhohlprofilteil (der aus Aluminium besteht oder unter Verwendung von Aluminium ausgebildet ist). Dort lässt sich die Öffnung leicht ausbilden. Zur Bereitstellung der Öffnung genügt gegebenenfalls auch ein Sackloch.
Vorzugsweise ist zu dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die erste Struktur einen an einem Querträgerhauptkörper abstehenden Zinken aufweist.
Dies hat den Vorteil, dass die erste Struktur relativ stabil ausgebildet sein kann.
Weiter vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, dass der Querträger als ganzer Körper aus einer Blechtafel (auch als „Platine“ bezeichnet) ausgeformt ist. Somit lässt sich die Blechtafel stanzen und hierbei bereits der abstehende Zinken vorsehen. Beim nachträglichen Umformen bildet man den Querträgerhauptkörper, und der Zinken steht von diesem ab.
Alternativ zur Ausführungsform mit dem abstehenden Zinken kann vorgesehen sein, dass die erste Struktur einen an einem Querträgerhauptkörper angebrachten Bolzen aufweist. Es kann sich insbesondere um einen Schraubbolzen handeln, der etwa an einer innenliegenden Verstärkung im Querträgerhauptkörper angeschraubt sein kann.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Erfindung auch (noch) bei der Montage verwirklicht werden kann.
Alternativ zum oben Beschriebenen kann die erste Struktur an dem Querträger „männlich“ sein und die zweite Struktur „weiblich“, es könnte also ein Zinken oder (Schraub-)Bolzen an dem Schweller vorgesehen sein und eine Öffnung an dem Querträger.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Karosserietragstruktur bezüglich eines Querträgers und eines Schwellers mehrere Paare von erster Struktur und zweiter Struktur auf. Dies sorgt in besonders hohem Maße für Stabilität. Es können alle ersten Strukturen „männlich“ und alle zweiten Strukturen „weiblich“ sein, oder umgekehrt. Es können auch einige der ersten Strukturen „männlich“ und die anderen ersten Strukturen „weiblich“ sein, wodurch dann die entsprechenden zweiten Strukturen „weiblich“ bzw. „männlich“ sein sollten.
Die Karosserietragstruktur weist vorzugsweise zwei Schweller und zumindest einen Querträger, gegebenenfalls auch noch einen zweiten Querträger, auf. An typischen Karosserietragstrukturen ist auf der linken und auf der rechten Seite jeweils ein Schweller vorgesehen. Die Erfindung ist dann vorzugsweise bezüglich beider Schweller verwirklicht. Im Falle eines Seitenaufpralls ist hauptsächlich der eine Schweller betroffen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bezieht sich die komplementäre Ausbildung und Anordnung der ersten und zweiten Strukturen auf eine Relativbewegung vorbestimmter Art, die durch einen Aufprall der Karosserietragstruktur auf einen Pfahl definiert ist, der in einem Winkel zu einer Fahrzeuglängsachse von zwischen 45° und 135°, vorzugsweise von zwischen 60° und 120°, weiter vorzugsweise von zwischen 75° und 105°, noch weiter vorzugsweise von zwischen 75° und 90°, erfolgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug dient die Karosserietragstuktur zum Tragen der Karosserie des Kraftfahrzeugs.
Ein hier nicht gesondert im Detail diskutierter Aspekt der Erfindung besteht auch in einem Verfahren zur Herstellung der Karosserietragstruktur, bei dem etwa gemäß der bevorzugten Ausführungsform die Öffnung in den Schweller eingebracht wird und die zweite Struktur entweder bei der Herstellung des Querträgers unmittelbar vorgesehen ist (etwa als abstehender Zinken) oder nachträglich angebracht wird (als Bolzen).
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1a ein Prinzipschaubild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Karosserietragstruktur im intakten Zustand und
1b ein 1a vergleichbares Prinzipschaubild im Falle eines Seitenaufpralls;
2 eine Detailansicht eines Ausschnitts des Verhakungskonzepts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, insbesondere hier des Bildens von Formschluss, in der Situation eines Seitenaufpralls; und
3 eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß 2 mit Verdopplung der eingreifenden Strukturen.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
Ein in 1a im Ganzen mit 1 bezeichnete Karosserietragstruktur umfasst einen Querträger 10 und einen Schweller 20. Der Querträger 10 weist als erste Struktur einen abstehenden Zinken 12 auf, wobei der Zinken 12 hier als einstückig mit einem Querträgerhauptkörper 14 dargestellt ist. Ein Schweller 20 der Karosserietragstruktur 1 ist als Hohlprofilteil ausgebildet, in welchem als zweite Struktur komplementär zu dem Zinken 12 eine Öffnung 22 ausgebildet ist, die es dem Zinken 12 im Crashfall ermöglicht, in den Innenraum 24 der Hohlprofilstruktur des Schwellers 20 einzudringen.
In 1b ist dargestellt, wie im Falle eines Seitenaufpralls der Zinken 12 tatsächlich durch die Öffnung 22 in den Innenraum 24 eindringt. Durch die gezeigte Verhakung, vorzugsweise unter Bildung eines Formschlusses, wird verhindert, dass sich der Querträger gegenüber dem Schweller 20 in Fahrzeughochrichtung bewegt (nach oben bewegt). Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Querträger 10 für einen besonders langen Lastpfad bei dem Aufprall zur Verfügung steht.
In der 2 ist nun zu sehen, dass der Schweller 20 in an sich bekannter Weise als Aluminiumhohlprofil mit einem sogenannten Schwellerblech 26 bereitgestellt ist, wobei hier in dem Schwellerblech 26 die Öffnung 22 ausgebildet ist. Der Zinken 12 ist dargestellt, wie er im Falle eines Crashs in den Innenraum 24 des Aluminiumhohlprofils eindringt.
Anstelle eines einzigen Zinkens bezüglich eines Querträgers an einem Schweller kann der Querträger auch zwei Zinken aufweisen, wie dies in 3 dargestellt ist. Ein oberer Zinken 12a ist ausgelegt, in eine obere Öffnung 22a am Schweller 20 einzudringen, ein unterer Zinken 12b ist ausgelegt, in eine untere Öffnung 22b am Schweller 20 einzudringen. Durch diese Doppelung von erster Struktur 12a, 12b und zugehöriger zweiter Struktur 22a, 22b ist in weiter erhöhtem Maße für Stabilität im Falle eines Seitenaufpralls gesorgt.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein Verhakungskonzept Schweller gegen Überschieben bereitgestellt werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Karosserietragstruktur
10: Querträger
12: Zinken
12a: oberer Zinken
12b: unterer Zinken
14: Querträgerhauptkörper
20: Schweller
22: Öffnung
22a: obere Öffnung
22b: untere Öffnung
24: Innenraum der Hohlprofilstruktur des Schwellers 20
26: Schwellerblech

Claims

Karosserietragstruktur, mit zumindest einem Schweller (20) und einem Querträger (10) dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine erste Struktur (12; 12a, 12b) an dem Querträger (10) einerseits und zumindest eine zweite Struktur (22; 22a, 22b) an dem Schweller (20) andererseits paarweise zueinander derart komplementär ausgebildet und angeordnet sind, dass bei einer Relativbewegung vorbestimmter Art von Querträger und Schweller, insbesondere bedingt durch einen Aufprall der Karosserietragstruktur, ein Eingriff zumindest einer Struktur (12; 12a, 12b) in die dazu komplementären Struktur (22; 22a, 22b) erfolgt.
Karosserietragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Relativbewegung ein Formschluss zumindest einer ersten Struktur (12; 12a, 12b) mit der dazu komplementären zweiten Struktur (22; 22a, 22b) erzeugt wird.
Karosserietragstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Struktur (22; 22a, 22b) eine Öffnung in dem Schweller (20) umfasst, in welche die zugehörige erste Struktur (12; 12a, 12b) bei der Relativbewegung vorbestimmter Art eindringt.
Karosserietragstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Struktur einen an dem Querträgerhauptkörper (14) abstehenden Zinken (12; 12a, 12b) aufweist.
Karosserietragstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (10) als ganzer Körper aus einer Blechtafel ausgeformt ist.
Karosserietragstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Struktur einen an dem Querträgerhauptkörper angebrachten Bolzen aufweist.
Karosserietragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit bezüglich eines Querträgers (10) und eines Schwellers (20) mehreren Paaren von erster Struktur (12; 12a, 12b) und zweiter Struktur (22a, 22b).
Karosserietragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zwei Schwellern, an denen jeweilige zweite Strukturen ausgebildet sind, denen erste Strukturen des Querträgers entsprechen.
Karosserietragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung vorbestimmter Art durch einen Aufprall der Karosserietragstruktur auf einen Pfahl definiert ist, der einem Winkel und zu einer Fahrzeuglängsachse von zwischen 45° und 135°, vorzugsweise von zwischen 60° und 120°, weiter vorzugsweise von zwischen 75° und 105°, noch weiter vorzugsweise von zwischen 75° und 90° erfolgt.
Kraftfahrzeug mit der Karosserietragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche.