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Die Erfindung betrifft ein Trägerelement
an Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ebenso kann das in Rede stehende
Verstärkungselement
im Bereich der Abstützung
an der Innenkontur des Trägerelements
mit demselben verschweißt
sein.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 die
Karosserie eines Kraftfahrzeugs, vorliegend eines PKW's, in einer schematischen
Ansicht von vorn mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Trägerelement
in Form eines Längsträgers,
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2 die
Einzelheit "Z1" des
Trägerelements nach 1 mit Verstärkungselement
in einer perspektivischen Ansicht von oben,
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3 die
Einzeldarstellung des Verstärkungselementes
nach 2 in einer perspektivischen
Ansicht,
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4a den
Schnitt I-I nach 2 gemäß einer
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform
des Trägerelements,
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4b–4f weitere mögliche Ausführungsformen
des Trägerelements,
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5 die
Einzelheit "Z2" nach 4a.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.