DE10231822A1 - Trägerelement an Kraftfahrzeugen - Google Patents

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DE10231822A1
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DE10231822A
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Mirco SCHLÜTER
Rolf Wagner
Dieter Koopmann
Peter Pietsch
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Volkswagen AG
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Volkswagen AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/08Front or rear portions
    • B62D25/082Engine compartments

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Aufgabe, Trägerelemente (1) an Kraftfahrzeugen in Form langgestreckter Hohlprofile mit jeweils wenigstens einem Verstärkungselement (5) so zu verbessern, dass mit einfachen und kostengünstigen Maßnahmen eine definierte Verstärkung der Trägerelemente (1) erzielbar ist, wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass das Verstärkungselement (5) als langgestrecktes und im Querschnitt geschlossenes Hohlprofil ausgebildet ist und sich an der Innenkontur des Trägerelements (1) partiell abstützt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Trägerelement an Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus der Praxis ist es bekannt Trägerelemente, welches beispielsweise Längsträger, Querträger und/oder Säulen sein können, als im Querschnitt geschlossene oder offene Hohlprofile auszubilden. Durch diese Maßnahme ist insbesondere ein gewichtsgünstiger Aufbau der Fahrzeugkarosserie möglich.
  • Des Weiteren ist es bekannt, solche Trägerelemente mit Verstärkungselementen zu versehen, um zum einen die Gesamtsteifigkeit der Karosserie an sich zu verbessern und zum anderen im Crashfall einen definierten Insassenschutz zu gewährleisten.
  • Mit der DE 40 20 363 C2 , DE 199 55 755 A1 und DE 100 02 617 A1 werden Verstärkungsbleche, auch als Verstärkungspanele bezeichnet, offenbart, die ihrerseits in das Hohlprofil eingebracht und mit diesem verschweißt sind. Die Verstärkungsbleche respektive -panele sind übennriegend profiliert ausgebildet, wobei u-förmige oder trapetzförmige Profilquerschnitte vorgeschlagen werden. Als nachteilig ist insbesondere der hohe fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung solcher verstärkter Trägerelemente herauszustellen.
  • Ferner wird mit der DE 199 04 630 A1 ein Hohlprofil für Fahrzeuge offenbart, welches ein kompaktes flächenförmiges Versteifungselement beinhaltet, dass mittels eines expandierenden Klebstoffes an der Innenkontur des Hohlprofils, den Hohlraum überspannend, festgelegt ist.
  • Ebenso ist aus der DE 197 30 395 C1 eine komplizierte und aufwendige Hohlträgeranordnung bekannt, die ihrerseits aus zwei Halbschalen zusammengesetzt ist und eine Innenversteifung in Form einer mittels einer Mehrzahl von Stegblechen erzielten Wabenstruktur beinhaltet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nunmehr, Trägerelemente an Kraftfahrzeugen in Form langgestreckter Hohlprofile mit jeweils wenigstens einem Verstärkungselement so zu verbessern, dass mit einfachen und kostengünstigen Maßnahmen eine definierte Verstärkung der Trägerelemente erzielbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Verstärkungselement als langgestrecktes und im Querschnitt geschlossenes Hohlprofil ausgebildet ist und sich an der Innenkontur des Trägerelements partiell abstützt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stützt sich das Verstärkungselement derart an der Innenkontur des Trägerelements ab, dass zusätzlich zum Hohlprofil des Verstärkungselements weitere langgestreckte und im Querschnitt geschlossene Hohlprofile gebildet sind. Das Verstärkungselement kann dabei im Querschnitt dreieckig, viereckig, polygon oder gerundet ausgebildet sein.
  • Gesetzt den Fall, es kommt ein Verstärkungselement mit eckigem Querschnitt zur Anwendung, ist es angezeigt, dass sich dieses mit einer Mehrzahl der zur Verfügung stehenden Ecken an der Innenkontur des Trägerelements abstützt.
  • Weiterhin wird vorgeschlagen, dass wenigstens die Ecken, mit denen sich das Verstärkungselement mit eckigem Querschnitt an der Innenkontur des Trägerelements abstützt, mit einem Außenradius versehen sind.
  • Das Verstärkungselement, sei es mit eckigem oder gerundetem Querschnitt, kann im Bereich der Abstützung an der Innenkontur des Trägerelements mit demselben verklebt sein wobei als Klebstoff vorzugsweise ein selbstaushärtender Klebstoff vorgeschlagen wird.
  • Ebenso kann das in Rede stehende Verstärkungselement im Bereich der Abstützung an der Innenkontur des Trägerelements mit demselben verschweißt sein.
  • In diesem Fall sind das Verstärkungselement und das Trägerelement nach einem Laser-Schweißverfahren miteinander verschweißt, wobei der Laserstrahl von außen gegen die Außenkontur des Trägerelements gerichtet und eine punkt- oder linienförmige Schweißnaht realisierend, entlang des Kontaktbereiches zwischen Trägerelement und Verstärkungselement geführt ist.
  • Schließlich wird im Sinne der Endung vorgeschlagen, dass das Verstärkungselement vorzugsweise ein stranggepreßtes und ggf. streckgebogenes Profil, ein Spritzgußprofil, ein Innenhochdruckumformprofil (IHU-Profil) oder ein Schweißprofil ist.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 die Karosserie eines Kraftfahrzeugs, vorliegend eines PKW's, in einer schematischen Ansicht von vorn mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Trägerelement in Form eines Längsträgers,
  • 2 die Einzelheit "Z1" des Trägerelements nach 1 mit Verstärkungselement in einer perspektivischen Ansicht von oben,
  • 3 die Einzeldarstellung des Verstärkungselementes nach 2 in einer perspektivischen Ansicht,
  • 4a den Schnitt I-I nach 2 gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Trägerelements,
  • 4b4f weitere mögliche Ausführungsformen des Trägerelements,
  • 5 die Einzelheit "Z2" nach 4a.
  • 1 zeigt schematisch den Vorderwagen einer Kraftfahrzeugkarosserie in einer perspektivischen Ansicht. Danach sind zwei an sich bekannte beidseitig des Kraftfahrzeugs angeordnete Trägerelemente 1, gem. vorliegendem Ausführungsbeispiel in Form von Längsträgern, vom Vordennragen ausgehend und das nicht näher dargestellte Antriebsaggregat abstützend höhenversetzt nach unten unter ein Bodenblech der Fahrgastzelle 2 geführt. Frontseitig sind die besagten Trägerelemente 1 durch einen Stoßfängerquerträger 3 miteinander verbunden.
  • Wie in 2 näher gezeigt, wird das Trägerelement 1 in Form des Längsträgers durch ein langgestrecktes und nach oben offenes, vorzugsweise u-förmiges Hohlprofil mit einem seitlich auskragenden Steg 4 zur Anbindung an das nicht näher dargestellte Bodenblech gebildet.
  • Innerhalb dieses Hohlprofils ist erfindungsgemäß ein Verstärkungselement 5 angeordnet, welches seinerseits als langgestrecktes und im Querschnitt geschlossenes Hohlprofil ausgebildet ist und ferner sich an der Innenkontur des Trägerelements 1 partiell abstützt.
  • Gemäß den 3 sowie 4a bis 4c ist das Verstärkungselement 5 in einer ersten Ausführungsform im Querschnitt dreieckig ausgebildet, jedoch bieten sich entsprechend den 4d bis 4f auch viereckige, polygone oder gerundete, vorliegend kreisrunde Querschnitte an.
  • Das jeweilige Verstärkungselement 5 stützt sich dabei derart an der Innenkontur des Trägerelements 1 ab, dass zusätzlich zum Hohlprofil des Verstärkungselements 5 weitere langgestreckte und im Querschnitt geschlossenen Hohlprofile 6 gebildet sind (4a bis 4f).
  • Demgemäß sind die Verstärkungselemente 5 mit eckigem Querschnitt so im Trägerelement 1 anzuordnen, dass sich dieselben mit einer Mehrzahl ihrer zur Verfügung stehenden Ecken an der Innenkontur des Trägerelements 1 abstützen.
  • In der bevorzugten Ausführungsform sind die Verstärkungselemente 5 an der Innenkontur des Trägerelements 1 angeschweißt, jedoch ist es auch denkbar, dieselben mittels eines selbstaushärtenden Klebstoffes an der Innenkontur des Trägerelements 1 festzusetzen.
  • Wird das Trägerelement 5 mit dem Verstärkungselement 1 verschweißt, bietet sich insbesondere das Laser-Schweißverfahren mittels einer geeigneten an sich bekannten Laser-Schweißvorrichtung 7 an.
  • Gem. 5 wird dabei der Laserstrahl 8 von außen gegen die Außenkontur des Trägerelements 1 gerichtet und eine punkt- oder linienförmige Schweißnaht realisierend, entlang des Kontaktbereiches zwischen Trägerelement 1 und Verstärkungselement 5 geführt. Als vorteilhaft hat sich in diesem Fall herausgestellt, wenigstens die Ecken des eckigen Verstärkungselementes 5, mit denen sich das Verstärkungselement 5 an der Innenkontur des Trägerelements 1 abstützt, mit einem Außenradius 9 zu versehen, um ein Entweichen der sich während des Schweißens bildenden Gase 10 zu unterstützen (5).
  • Aus der Praxis ist fernerhin die Gesetzmäßigkeit bekannt, dass je höher die Eigenfrequenz eines Bauteils, vorliegend des Trägerelements 1 ist, desto höher auch die Steifigkeit desselben anzusetzen ist. In umfangreichen Versuchen wurde diesbezüglich gefunden, dass die Höhe der Eigenfrequenz respektive der Steifigkeit des Trägerelements 1 in Abhängigkeit vom verwendeten Material des Verstärkungselements 5, der Materialdicke und der Art des Profilquerschnittes sowie der räumlichen Ausdehnung desselben definiert einstellbar ist. Die günstigsten Ergebnisse wurden dabei bei Verwendung einer Materialstärke von 2 mm mit einer sogenannten Dreiecksverstärkung gem. 4a erzielt.
  • Für den Fachmann ist sicherlich leicht nachvollziehbar, dass bei Verwendung von insbesondere höher- oder hochfesten Stählen für die Verstärkungselemente 5 besonders hohe Festigkeiten des Trägerelements 1 erzielbar sind.
  • Was die Verstärkungselemente 5 an sich anbelangt, bietet es sich insbesondere an, dieselben als stranggepreßte und ggf. streckgebogene Profile, als Spritzgußprofile, als Innenhochdruckumformprofile (IHU-Profile) oder als Schweißprofile auszubilden.
  • Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäße Verstärkung sich nicht nur für Trägerelemente 1 mit offenem Hohlprofilquerschnitt als geeignet erwiesen hat, sondern in Grenzen auch für Trägerelemente 1 mit geschlossenem Hohlprofilquerschnitt verwendbar ist. Gesetzt den Fall Trägerelement 1 und Verstärkungselement 5 sind annähernd geradlinig ausgebildet, kann das vorgefertigte Verstärkungselement 5 axial in das Trägerelement 1 eingeführt und nachfolgend mit demselben wie vorstehend durch Schweißung oder Klebung fest verbunden werden.
  • Schlußendlich ist zu bemerken, dass die Erfindung nicht nur für Längsträger, sondern für jedwede Trägeranordnung mit einem Hohlprofilquerschnitt anwendbar ist, beispielsweise auch für vorstehenden Stoßfängerquerträger 3 und/oder nicht näher dargestellte Säulen.

Claims (10)

  1. Trägerelement an Kraftfahrzeugen in Form eines langgestreckten Hohlprofils in welchem wenigstens ein Verstärkungselement angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (5) als langgestrecktes und im Querschnitt geschlossenes Hohlprofil ausgebildet ist und sich an der Innenkontur des Trägerelements (1) partiell abstützt.
  2. Trägerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (5) sich derart an der Innenkontur des Trägerelements (1) abstützt, dass zusätzlich zum Hohlprofil des Verstärkungselementes (5) weitere langgestreckte und im Querschnitt geschlossene Hohlprofile (6) gebildet sind.
  3. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (5) im Querschnitt dreieckig, viereckig, polygon oder gerundet ausgebildet ist.
  4. Trägerelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärkungselement (5) mit eckigem Querschnitt sich mit einer Mehrzahl der zur Verfügung stehenden Ecken an der Innenkontur des Trägerelements (1) abstützt.
  5. Trägerelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Ecken, mit denen sich das Verstärkungselement (5) an der Innenkontur des Trägerelements (1) abstützt, mit einem Außenradius (9) versehen sind.
  6. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (5) mit eckigem oder gerundetem Querschnitt im Bereich der Abstützung an der Innenkontur des Trägerelements (1) mit demselben verklebt ist.
  7. Trägerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff ein selbstaushärtender Klebstoff ist.
  8. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (5) mit eckigem oder gerundetem Querschnitt im Bereich der Abstützung an der Innenkontur des Trägerelements (1) mit demselben verschweißt ist.
  9. Trägerelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (5) und das Trägerelement (1) nach einem Laser-Schweißverfahren miteinander verschweißt sind, wobei der Laserstrahl (8) von außen gegen die Außenkontur des Trägerelements (1) gerichtet und eine punkt- oder linienförmige Schweißnaht realisierend, entlang des Kontaktbereiches zwischen Trägerelement (1) und Verstärkungselement (5) geführt ist.
  10. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (5) vorzugsweise ein stranggepreßtes und ggf. streckgebogenes Profil, ein Spritzgußprofil, ein Innenhochdruckumformprofil (IHU-Profil) oder ein Schweißprofil ist.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005092694A1 (de) * 2004-03-19 2005-10-06 Daimlerchrysler Ag Karosseriesäule
DE102004013384A1 (de) * 2004-03-17 2005-10-06 Behr Gmbh & Co. Kg Querträger oder Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug
DE102005003978A1 (de) * 2005-01-28 2006-08-03 Bayerische Motoren Werke Ag Karosserie-Bauteil eines Kraftfahrzeuges
DE102005021462A1 (de) * 2005-05-10 2006-11-16 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zur Anbringung einer Strukturverstärkung an einem geschlossenen oder prozessbedingt bereits geschlossenem Profil

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