DE10227705A1

DE10227705A1 - Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10227705A1
Application number: DE2002127705
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Carle
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-22
Also published as: DE10227705B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bodenstruktur (1) eines Kraftfahrzeugs, die beidseitige Schweller (3), einen zwischen dem Bereich der hinteren Schwellerenden (6) quer verlaufenden Sitzquerträger (4), beidseitige, etwa parallel zu den Schwellern (3) und gegenüber diesen nach oben und zur Fahrzeuglängsmitte versetzt verlaufenden hinteren Längsträgern (5) und beidseitige Gussknotenteile (2), mit denen jeweils ein zugeordnetes hinteres Schwellerende (6), ein Ende des Sitzquerträgers (7) und ein vorderes Ende eines hinteren Längsträgers (19) verbunden sind, umfasst. Erfindungsgemäß erstreckt sich der Sitzquerträger (4) jeweils mit einem Sitzquerträgerende (7) bis in den Bereich der Fahrzeugaußenseite (8) des zugeordneten Schwellerendes (6). Ein Sitzquerträgerende (7) und ein Schwellerende (6) liegen mit zumindest teilweisem Formschluss im Gussknotenteil (2) ein und sind befestigt, wobei sich das Gussknotenteil (2) mit jeweils einer hinteren Anlagewand (9) von hinten her am Sitzquerträgerende (7) und am Schwellerende (6) abstützt und mit jeweils einer unteren Stützwand (10, 11) das Sitzquerträgerende (7) und das Schwellerende (6) von unten her abstützt. Das Gussknotenteil (2) erstreckt sich zur Fahrzeuglängsmitte hin entsprechend dem Versatz des hinteren Längsträgers (5) in diese Richtung und weist von dort ausgehend einen Knotenteilarm (15) auf, der sich schräg nach hinten oben erstreckt bis zu einer Höhe entsprechend dem Höhenversatz des Längsträgers (5), wo dieser ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Konstruktion einer Bodenstruktur eines Kraftfahrzeuges ist insbesondere wegen den Radhäusern der beiden Hinterreifen ein Versatz der beiden hinteren Längsträger gegenüber der beiden Schweller zur Fahrzeuglängsmitte und nach oben allgemein bekannt. Dieser Übergangsbereich zwischen dem hinteren Längsträger und dem Schweller ist bei einem Heckcrash eine kritische Problemstelle, da aufgrund des Versatzes des hinteren Längsträgers gegenüber dem Schweller sowohl zur Fahrzeuglängsmitte als auch nach oben hin verläuft bei einem Heckcrash der Lastpfad nicht geradlinig, sondern in Verbindung mit Biegemomenten im Bereich des Übergangs von Längsträger auf den Schweller verläuft. Ein an sich bekannter Sitzquerträger zwischen den hinteren Schwellerenden kann sich aufgrund der Belastung mit den Biegemomenten bei einem Heckcrash nach vorne in Fahrtrichtung durchbiegen und verformen, wodurch die Stabilität der Bodenstruktur in Verbindung mit einer unerwünschten Verformung der Fahrgastzelle bei einem Heckcrash ungünstig reduziert sein kann. Daraus ergibt sich das Erfordernis, bei einer Bodenstruktur die Übergangsstelle zwischen dem hinteren Längsträger und dem Schweller so stabil auszulegen, dass sie trotz des erforderlichen Versatzes zwischen dem hinteren Längsträger gegenüber dem Schweller und der dort bei einem Heckcrash entstehenden Biegemomente großen Belastungen möglichst ohne Verformung und insbesondere ohne Ausknicken standhält.

Aus der EP 0 146 716 B1 ist eine Bodenstruktur bekannt, bei der im Übergangsbereich zwischen dem hinteren Längsträger und dem Schweller ein Knotenelement eingesetzt ist. Der Längsträger und der Schweller sind jeweils als Hohlprofile ausgeführt, die an dem dem Knotenelement zugeordneten Ende eine Ausklinkung aufweisen, so dass die beiden Hohlprofile senkrecht zu ihrer Erstreckung an die zugeordneten Knotenelemente anfügbar sind. Im Übergangsbereich des Knotenelements zum Schweller ist ein Flansch am Knoten ausgebildet, wodurch ein Anlage- und Schweißbereich mit dem Schweller herstellbar ist. Ein Sitzquerträger im Bereich des Knotenelements ist nicht verwendet.

Eine gattungsgemäße, bekannte Bodenstruktur ist aus der DE 199 54 575 A1 bekannt. Die Bodenstruktur umfasst beidseitige Schweller, mit einem zwischen dem Bereich der hinteren Schwellerenden quer verlaufenden Sitzquerträger. Beidseitig, etwa parallel zu den Schwellern und gegenüber diesen nach oben und zur Fahrzeuglängsmitte versetzt verlaufen hintere Längsträger. Mit beidseitigen Gussknotenteilen sind jeweils ein zugeordnetes hinteres Schwellerende, ein Ende des Sitzquerträgers und ein vorderes Ende eines hinteren Längsträgers verbunden.

Konkret ist hier ein stabiler Knotenpunkt, an dem das hintere Schwellerende, das Ende des Sitzquerträgers und das vordere Ende des hinteren Längsträgers zusammenlaufen, durch ein Gussknotenteil hergestellt. Das hintere Längsträgerende liegt in dem Gussknotenteil ein, wobei der Sitzquerträger so angeordnet ist, dass sich im Crashfall das vordere Längsträgerende nach vorne am Sitzquerträger abstützt. Der Schweller ist am Gussknotenteil vorbeigeführt und nur seitlich angebunden. Um den bei einem Heckcrash entstehenden Lastpfad im hinteren Längsträger möglichst gerade weiterzuführen, sind in einer aufwändigen Bodenstruktur jeweils in der Verlängerung der beiden hinteren Längsträger je ein Bodenträger etwa in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet. Nachteilig bei dieser Bodenstruktur ist, dass zu den Bauteilen Schweller, Sitzquerträger und hinterer Längsträger zusätzlich ein Bodenträger verwendet ist, um die geforderte Stabilität der Bodenstruktur, insbesondere bei einem Heckcrash, sicherzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einer einfachen und gewichtsgünstigen Konstruktion eine besonders stabile und besonders heckcrashbelastbare Verbindung zwischen dem hinteren Ende eines Schwellers, des Sitzquerträgers und dem vorderen Ende eines hinteren Längsträgers zu schaffen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 erstreckt sich der Sitzquerträger jeweils mit einem Sitzquerträgerende bis in den Bereich der Fahrzeugaußenseite des zugeordneten Schwellerendes. Ein Sitzquerträgerende und ein Schwellerende liegen im Gussknotenteil mit zumindest teilweisem Formschluss ein und sind dort vorzugsweise mittels Schweißen und/oder Kleben befestigt, wobei sich das Gussknotenteil mit jeweils einer hinteren Anlagewand von hinten her am Sitzquerträgerende und am Schwellerende abstützt und mit jeweils einer unteren Stützwand das Sitzquerträgerende und das Schwellerende von unten her abstützt. Das Gussknotenteil erstreckt sich zur Fahrzeuglängsmitte hin entsprechend dem Versatz des hinteren Längsträgers in diese Richtung und weist von dort ausgehend einen Knotenteilarm auf, der sich schräg nach hinten oben erstreckt bis zu einer Höhe entsprechend dem Höhenversatz des Längsträgers, wo dieser angeschlossen ist.

Vorteilhaft bei dieser Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs ist, dass aufgrund der Erstreckung des Sitzquerträgers jeweils bis in den Bereich der Fahrzeugaußenseite und eine über das Gussknotenteil hergestellte Verbindung zwischen den Sitzquerträgerenden und den jeweils zugeordneten Schwellerenden im Falle eines Heckcrashes eine stabile Verbindungsstelle geschaffen ist. Mit dem Knotenteilarm, der sich vom Gussknotenteil in Richtung und entsprechend dem Versatz des hinteren Längsträgers erstreckt, ist eine stabile Aufnahme für den Anschluss des Längsträgers geschaffen. Der bei einem Heckcrash entstehende Lastpfad verläuft entlang dem hinteren Längsträger über den Knotenteilarm in den Sitzquerträger, der sich am hinteren Ende des Schwelles abstützt über das Gussknotenteil und somit den Lastpfad in diesen weiterlenkt. Aufgrund der vorstehenden Abstützung zwischen dem Sitzquerträgerende und dem hinteren Schwellerende sind die dort im Heckcrashfall entstehenden Biegemomente stabil abgestützt, wobei vorteilhaft eine ungünstige Durchbiegung des Sitzquerträgers verhindert oder zumindest stark reduziert ist.

An der durch das Gussknotenteil gebildeten stabilen Verbindung ist gemäß Anspruch 2 am Gussknotenteil eine Wagenheberaufnahme angebracht. Das Gussknotenteil ist ein stabiler Karosseriestrukturpunkt und in einer zusätzlichen Funktion zur Verbindungsfunktion als Ansatzpunkt für den Wagenheber bei günstigen Hebelverhältnissen zum Anheben gut geeignet.

In einer Weiterbildung gemäß Anspruch 3 ist die Wagenheberaufnahme von unten her an der das Sitzquerträgerende und das Schwellerende untergreifenden Stützwand angebracht. Ist der Angriffspunkt für die Wagenheberaufnahme an der das Sitzquerträgerende und das Schwellerende untergreifenden Stützwand angeordnet, so ist über das Gussknotenteil, in das die untergreifende Stützwand integriert ist, beim Einsatz eines Wagenhebers die Kraftverteilung in den Schweller bzw. in den Sitzquerträger gleichmäßig. Damit ist ein weitgehend verwindungsfreies Anheben der Bodenstruktur und damit der gesamten Karosserie im Bereich der untergreifenden Stützwand gewährleistet.

Um den hinteren Längsträger mit dem Knotenteilarm des Gussknotenteiles einfach verbinden zu können, besteht gemäß Anspruch 4 der Knotenteilarm aus einem am übrigen Gussknotenteil angeformten, nach oben offenen und mit Verstärkungsrippen versehenen Schalenteil, an dessen hinterem Armende das angeschlossene Längsträgerende einliegt. Auf dem Schalenteil ist ein Schließteil angebracht und damit verbunden, so dass ein Hohlträger gebildet ist und das Längsträgerende formschlüssig umfasst ist. Damit ist das Längsträgerende sicher in einem langen Aufnahmebereich zwischen dem Schalenteil und dem darauf angebrachten Schließteil gehalten, wodurch eine einwandfreie Krafteinleitung vom Längsträger in den Knotenteilarm und damit in das Gussknotenteil im Falle eines Heckcrashs gewährleistet ist. Durch die Ausbildung des Knotenteilarms als Schalenteil mit darauf angeordneten Schließteil ist eine gewichtssparende Konstruktion gewählt, wobei die geforderte Steifigkeit für das Bauteil aufgrund von in das Schalenteil eingebrachten Verstärkungsrippen erreicht wird.

Gemäß Anspruch 5 sind am Knotenteilarm Hilfsrahmenanbindungen vorgesehen. Somit sind die Hilfsrahmenanbindungen im Knotenteilarm bzw. damit im Gussknotenteil integriert, wodurch zusätzliche, separate Anbindungen bzw. Aufnahmen für den Hilfsrahmen entfallen können.

Für eine optimale Abstützung des Sitzquerträgerendes und des Schwellerendes schließt sich gemäß Anspruch 6 jeweils ein Sitzquerträgerende unmittelbar hinter und über einem Schwellerende an und die hintere Anlagewand und die untere Stützwand bilden eine entsprechende Stufenform. Sowohl das Schwellerende als auch das Sitzquerträgerende sind fahrzeugaußenseitig durch eine Seitenstützwand des Gussknotenteils abgestützt. Durch die hintere Anlagewand, die untere Stützwand und die fahrzeugaußenseitige Seitenstützwand des Gussknotenteils ist die im Heckcrashfall auftretende Krafteinwirkung in gewünschter Weise vom Längsträger in den Schweller weitergeleitet, ein unerwünschtes Ausbrechen z. B. des Sitzquerträgerendes ist dadurch weitgehend verhindert. Die Stabilität der gesamten Verbindung im Gussknotenteil ist somit zusätzlich erhöht.

In einer Weiterbildung gemäß Anspruch 7 ist am Gussknotenteil ein Verstärkungsdreieck angeformt, das sich zwischen und vor dem jeweiligen Schwellerende und Längsträgerende erstreckt. Mit dem Verstärkungsdreieck ist eine weitere Abstützung im Gussknotenteil integriert, wodurch einerseits der Verlauf des Lastpfades im Falle eines Heckcrashs verbessert wird und andererseits eine Durchbiegung des Sitzquerträgers minimiert wird.

Die Schweller, der Sitzquerträger und die hinteren Längsträger sind gemäß Anspruch 8 Leichtmetall-Strangprofile. In dieser Ausführung sind die jeweiligen Bauteile gewichtssparend, aber trotzdem mit der geforderten Stabilität versehen, hergestellt. Grundsätzlich sind auch weitere, an sich bekannte Herstellungsverfahren, wie z. B. die Ausführung der Bauteile als Blechteile, einsetzbar.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische, perspektivische Teilansicht von unten einer Bodenstruktur eines Kraftfahrzeuges,
2 eine schematische, perspektivische Teilansicht von oben der Bodenstruktur von 1, wobei an einem Knotenteilarm nur ein Schalenteil dargestellt ist,
3 eine schematische, perspektivische Teilansicht der Bodenstruktur von 2, wobei das Schalenteil mit einem Schließteil abgedeckt ist, und
4 eine schematische Draufsicht eines Teilbereichs der Bodenstruktur mit eingezeichneten Lastpfad.
In 1 ist schematisch und perspektivisch ein Teilbereich einer Bodenstruktur 1 eines Kraftfahrzeuges dargestellt. In einem Gussknotenteil 2 sind ein Schweller 3, ein Sitzquerträger 4 und ein hinterer Längsträger 5 zusammengeführt. Der Schweller 3 und der hintere Längsträger 5 verlaufen parallel zueinander, wobei der Längsträger 5 gegenüber dem Schweller 3 nach oben und zur Fahrzeuglängsmitte versetzt verläuft. Der Sitzquerträger 4 verläuft quer zwischen dem Bereich der hinteren Schwellerenden 6. Am anderen, hier nicht dargestellten Ende des Sitzquerträgers 4 ist das Gussknotenteil 2 in einer spiegelbildlichen Ausführung angeordnet, wobei die Fahrzeuglängsmitte als gedachte Spiegelebene anzusehen ist.
Der Sitzquerträger 4 erstreckt sich mit einem Sitzquerträgerende 7 bis in den Bereich der Fahrzeugaußenseite 8 des hinteren Schwellerendes 6. Das Sitzquerträgerende 7 und das hintere Schwellerende 6 liegen im Gussknotenteil 2 ein, wobei sich das Sitzquerträgerende 7 unmittelbar hinter und über dem Schwellerende 6 anschließt. Am Gussknotenteil 2 ist eine hintere Anlagewand 9 ausgebildet, die sich von hinten her am Sitzquerträgerende 7 und am Schwellerende 6 abstützt. Eine untere Stützwand 10 und 11 stützt jeweils das Sitzquerträgerende 7 und das Schwellerende 6 von unten her ab. Die hintere Anlagewand 9 und die beiden unteren Stützwände 10 und 11 sind stufenförmig im Gussknotenteil 2 ausgebildet. An der Fahrzeugaußenseite 8 ist sowohl das Schwellerende 6 als auch das Sitzquerträgerende 7 jeweils durch eine Seitenstützwand 12 und 13 des Gussknotenteils 2 abgestützt. An der unteren Stützwand 11 des Schwellerendes 6 ist eine Wagenheberaufnahme 14 am Gussknotenteil 2 ausgebildet.
Entsprechend dem Versatz des hinteren Längsträgers 5 zur Fahrzeuglängsmitte hin erstreckt sich in Richtung des hinteren Längsträgers 5 vom Gussknotenteil 2 ausgehend ein Knotenteilarm 15, der sich schräg nach hinten oben bis zu einer Höhe entsprechend dem Höhenversatz des Längsträgers 5 erstreckt. Der Knotenteilarm 15 besteht aus einem am übrigen Gussknotenteil 2 angeformten, nach oben offenen und mit Verstärkungsrippen 16 (sh. 2) versehenen Schalenteil 17, an dessen hinteren Armende 18 das angeschlossene Längsträgerende 19 des hinteren Längsträgers 5 einliegt. Auf dem Schalenteil 17 ist ein Schließteil 20 angebracht und damit verbunden, so dass ein Hohlträger gebildet ist und das Längsträgerende 19 formschlüssig umfasst ist. Am Knotenteilarm 15 sind an der Unterseite Hilfsrahmenanbindungen 21 ausgebildet, mit denen ein Hilfsrahmen (nicht dargestellt) verbunden werden kann.
In 2 ist der Teilbereich der Bodenstruktur 1 von 1 schematisch und perspektivisch von oben dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Knotenteilarm 15 ist ohne Schließteil 20 dargestellt, so dass das Schalenteil 17 mit den darin angeordneten Verstärkungsrippen 16 einsehbar ist. Am hinteren Knotenarmende 18 liegt das Längsträgerende 19 ein und wird vom Schalenteil 17 formschlüssig von unten umfasst. Zwischen und vor dem Schwellerende 6 und dem Längsträgerende 19 erstreckt sich ein Verstärkungsdreieck 22, das am Gussknotenteil 2 angeformt ist. Am Verstärkungsdreieck 22 sind ebenfalls Verstärkungsrippen 23 ausgebildet, wodurch die Stabilität des Verstärkungsdreiecks 22 zusätzlich erhöht wird. Das Sitzquerträgerende 7 erstreckt sich bis in den Bereich der Fahrzeugaußenseite 8 des Schwellerendes 6.
In 3 ist der Teilbereich der Bodenstruktur von 2 dargestellt, wobei auf das Schalenteil 17 das Schließteil 20 montiert ist. Damit ist das in das Schalenteil 17 eingelegte Längsträgerende 19 vollständig umfasst.
In 4 ist schematisch eine Draufsicht der Bodenstruktur 1 dargestellt, wobei ein Lastpfad 24, der durch die Einwirkung einer Crashkraft 25 entsteht, eingezeichnet ist. Trotz des Versatzes des hinteren Längsträgers 5 nach oben und zur Fahrzeuglängsmitte hin ergibt sich aufgrund der Konstruktion des Gussknotenteiles 2 und der Erstreckung des Sitzquerträgerendes 7 bis zur Fahrzeugaußenseite 8 hin ein gewünschter Lastpfad für ein gewünscht positives Ergebnis eines potentiellen Heckcrashes.

Claims

Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs mit beidseitigen Schwellern, mit einem zwischen dem Bereich der hinteren Schwellerenden quer verlaufenden Sitzquerträger, mit beidseitigen, etwa parallel zu den Schwellern und gegenüber diesen nach oben und zur Fahrzeuglängsmitte versetzt verlaufenden hinteren Längsträgern, und mit beidseitigen Gussknotenteilen mit denen jeweils ein zugeordnetes hinteres Schwellerende, ein Ende des Sitzquerträgers und ein vorderes Ende eines hinteren Längsträgers verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Sitzquerträger (4) jeweils mit einem Sitzquerträgerende (7) bis in den Bereich der Fahrzeugaußenseite (8) des zugeordneten Schwellerendes (6) erstreckt, dass ein Sitzquerträgerende (7) und ein Schwellerende (6) im Gussknotenteil (2) mit zumindest teilweisem Formschluss einliegen und befestigt sind, wobei sich das Gussknotenteil (2) mit jeweils einer hinteren Anlagewand (9) von hinten her am Sitz querträgerende (7) und am Schwellerende (6) abstützt und mit jeweils einer unteren Stützwand (10, 11) das Sitzquerträgerende (7) und das Schwellerende (6) von unten her abstützt, dass sich das Gussknotenteil (2) zur Fahrzeuglängsmitte hin entsprechend dem Versatz des hinteren Längsträgers (5) in diese Richtung erstreckt und das Gussknotenteil (2) von dort ausgehend einen Knotenteilarm (15) aufweist, der sich schräg nach hinten oben erstreckt bis zu einer Höhe entsprechend dem Höhenversatz des Längsträgers (5), wo dieser angeschlossen ist.
Bodenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Gussknotenteil (2) eine Wagenheberaufnahme (14) angebracht ist.
Bodenstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wagenheberaufnahme (14) von unten her an der das Sitzquerträgerende (7) und das Schwellerende (6) untergreifenden Stützwand (10, 11) angebracht ist.
Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Knotenteilarm (15) aus einem am übrigen Gussknotenteil (2) angeformten, nach oben offenen und mit Verstärkungsrippen (16) versehenen Schalenteil (17) besteht, an dessen hinterem Armende (18) das angeschlossene Längsträgerende (19) einliegt, und dass auf dem Schalenteil (17) ein Schließteil (20) angebracht und damit verbunden ist, so dass ein Hohlträger gebildet ist und das Längsträgerende (19) formschlüssig umfasst ist.
Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Knotenteilarm (15) Hilfsrahmenanbindungen (21) vorgesehen sind.
Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils ein Sitzquerträgerende (7) unmittelbar hinter und über einem Schwellerende (6) anschließt und die hintere Anlagewand (9) und die untere Stützwand (10, 11) eine entsprechende Stufenform bildet, und dass sowohl das Schwellerende (6) als auch das Sitzquerträgerende (7) fahrzeugaußenseitig (8) durch eine Seitenstützwand (12, 13) des Gussknotenteils (2) abgestützt sind.
Bodenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärkungsdreieck (22) am Gussknotenteil (2) angeformt ist, das sich zwischen und vor dem jeweiligen Schwellerende (6) und Längsträgerende (19) erstreckt.
Bodenstruktur nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweller (3), der Sitzquerträger (4) und die hinteren Längsträger (5) Leichtmetall-Strangprofile sind.