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Die Erfindung betrifft eine Tragestruktur
eines Fahrzeugs gemäss
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 42 44 216 A1 ist ein
Fahrzeugaufbau mit V-förmig
zulaufenden Streben bekannt, die einerseits mit Längsträgern und
andererseits mit einer heckseitigen und vertikal angestellten Querstütze verbunden
ist.
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Des weiteren ist aus der
DE 42 44 217 A1 ein
Fahrzeugaufbau bekannt, der eine mit den Längsträgern verbundene Platte aufweist,
welche zur Versteifung des Aufbaus dient.
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Aus der
DE 43 18 226 A1 ist eine
Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche aus Seitenteilen
zur Aufnahme der Radaufhängung
und mit diesem verbundenen Streben besteht. Diese Streben erstrecken
sich entgegen der Fahrtrichtung V-förmig zum Fahrzeugheck hin und
sind über
Querstreben miteinander verbunden, sowie über weitere Querstreben mit
Längsträgern des
Fahrzeugaufbaus.
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Aus der
DE 195 32 531 C2 ist ein
Fahrzeugaufbau bekannt, bei dem die freien Enden einer V-förmig zulaufenden
Verstrebung mit einer einteiligen Trägerplatte verbunden sind, welche
zwei über
einen integrierten Querträger
miteinander verbundene, trapezförmige
Segmente aufweist.
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Nachteilig bei diesen Aufbauten ist
es, dass komplizierte Träger- und/oder Plattengeometrien
benötigt werden,
die bei ihrer Herstellung hohe Kosten verursachen und somit für Kleinserien
nicht in Betracht kommen. Ferner lässt sich mit einem solchen
Aufbau nur die Torsionsfestigkeit in einer Ebene erzielen, die parallel
zur Fahrbahnebene ausgerichtet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, alternative
Tragestrukturen zu schaffen, die eine Torsionssteifigkeit in einer
Ebene aufweisen, die senkrecht zur Fahrbahnebene angeordnet sind,
einfach zu montieren sind, und sich für kleine Stückzahlen und eine steife Anbindung
anderer Fahrzeugkomponenten, insbesondere des Fahrwerks und/oder
des Stoßfängers eignen.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierbei werden zwischen
einem unteren und einem oberen Längsträger zwei
vertikale Stützträger angeordnet,
die zusammen mit diesen Längsträgern eine
trapezförmige
Anordnung ausbilden, die vertikal zur Fahrbahnebene ausgerichtet
ist.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen
darin, dass die Torsionssteifigkeit einer solche trapezförmigen Anordnung
in einer vertikalen Raumrichtung gewährleistet werden kann. Für Fahrzeuge
in Leichtbauweise lassen sich durch zusätzliche Stützträger trapezförmige Anordnungen aufbauen,
die besonders stabile Tragestrukturen ausbilden, ohne dass sich
das Gewicht der Karosserie stark erhöht. Ferner lassen sich mit
solchen trapezförmigen
Anordnungen Platzprobleme lösen
und es können
alternative Befestigungsmöglichkeiten
für andere Bauteile
geschaffen werden.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn eine oder
mehrere trapezförmigen
Anordnungen im Heckbereich der " Tragestruktur
integriert sind. Hierbei kann z.B. eine oder zwei trapezförmige Anordnungen
zur direkten Anbindung des Fahrwerks an die Karosserie dienen, wodurch
der Hilfsrahmen zur Fahrwerksanbindung nicht mehr benötigt wird.
Auch können
eine bzw. zwei trapezförmige
Anordnungen dazu dienen, einen Stoßfänger in einer, von den Längsträgern bzw.
Querträgern
unabhängigen
Höhe stabil
anzubringen, wobei die Querträger
horizontal zur Fahrbahnebene ausgerichtetet und senkrecht zu den
Längsträgern angeordnet
sind. Dadurch können
z.B. bei einem Heckaufprall die Kräfte gleichmäßig auf die Tragestrukur bzw
auf Deformationselemente verteilt werden. In dem vertikale Trapez
können
auch größere Deformationselemente
eingebracht werden. Hier erweist es sich als besonders vorteilhaft,
insbesondere für
Sportwagen, wenn ein Auspufftopf durch die Öffnung im Trapez geführt wird.
Der Auspufftopf ist dadurch besonders platzsparend untergebracht
und kann zusätzlich als
Deformationselement verwendet werden. Eine weitere vorteilhafte
Ausbildung besteht darin, dass bei der Anbindung eines Stoßfängers an
den äußeren vertikalen
Stützträger, u-förmige Ausgleichselemente
verwendet werden können,
die schienenförmig über den äußeren Stützträger gezogen
werden und dann unter einem beliebigem Winkel daran befestigt werden,
so dass die kreisförmigen
Segmente des gebogenen Stoßfängers großflächig über das
Ausgleichselement am Stützträger befestigt
werden können.
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Die Erfindung soll anhand zweier
Ausführungsbeispiele
in zwei Figuren dargestellt werden.
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1:
Seitenansicht einer Tragestruktur im Heckbereich eines Fahrzeugs
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2:
Räumliche
Darstellung einer Tragestruktur im Heckbereich
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1 zeigt
die Seitenansicht einer Tragestruktur 18 im Heckbereich eines Fahrzeugs.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Tragestruktur vorwiegend aus Leichtmetall, insbesondere
Aluminium, jedoch könnten auch
andere Leichtbaustoffe z.B. Kunststoff oder andere Metalle verwendet
werden. Ferner handelt es sich bei dieser Tragestruktur 18 um die
eines Sportwagens, bei dem sich andere Aufgabenstellungen insbesondere durch
die breiteren Reifen, größeren Auspufftöpfe und
spezielle Designanforderungen, wie bei herkömmlichen PKW ergeben. Hier
weist die Tragestruktur 18 einen unteren Längsträger 2 auf.
Der untere Längsträger ist
parallel zur Fahrbahnebene und zur Fahrtrichtung ausgerichtet und
ist im Gegensatz zum oberen Längsträger näher an der
Fahrbahnebene. Am unteren Längsträger 2 befindet
sich ein Gussknoten 11 an dem der untere Längsträger 2 mit
weiteren Trägern,
insbesondere dem Stützträger 8 und
dem in dieser Figur nicht dargestellten Querträger 10 (siehe 2), verbunden wird. Ferner
weist der untere Längsträger 2 eine
in Richtung des Hecks führende
Verlängerung 16 auf,
der eine etwas andere Richtung wie der Längsträger 2 aufweist. Ein
solcher mehrstückiger
Längsträger 11, 2, 16 könnte auch
z.B. als einstückiges
gerades Teil ausgebildet werden. Am unteren Längsträger 2 bzw. am Gussknoten 11 befinden
sich Aufnahmevorrichtungen 12, die zur unteren Fahrwerksanbindung
dienen. Am Gussknoten 11 befindet sich der innere Stützträger 8,
der bezogen auf die Fahrbahnebene, vertikal nach oben ragt. Unter
vertikal versteht man hier einen größeren Winkelbereich der einen
Verlauf von unten nach oben, bezogen auf die Fahrbahnebene beschreibt.
Der Stützträger 8 ist
mit seinem oberen Ende am oberen Längsträger 3, der auch als
Federbeinträger
bezeichnet wird, befestigt. Am oberen Längsträger 3 befindet sich
eine Vorrichtung 14 zur Aufnahme des Fahrwerk-Federbeins.
Diese Aufnahmevorrichtung ist zwischen dem inneren Stützträger 8 einem
weiteren Stützträger 7 angeordnet,
der gleichfalls vertikal zwischen dem unteren Längsträger 2 und dem oberen
Längsträger 3 angeordnet
ist. Der Abstand der Stützträger 7, 8 zueinander
im Bereich des unteren Längsträgers 2 ist
größer als
der Abstand im Bereich des oberen Längsträgers 3. Der mittlere
Stützträger 7 ist
mit dem unteren und oberen Längsträger 2, 3 fest
verbunden. Die im Bereich zwischen den Stützträgern 8, 7 angeordneten
Abschnitte des oberen Längsträgers 3 und des
unteren Längsträgers 2 bilden
zusammen mit diesen Stützträgern 8, 7 eine
trapezförmige
Anordnung 17 aus. Zur Vervollständigung der Fahrwerksanbindung
an die trapezförmige
Anordnung 17 ist ein zusätzlicher Längsträger 4 zwischen der
inneren Stütze 8 und
der mittleren Stütze 7 und
zwischen dem unteren Längsträger 2 und
dem oberen Längsträger 3 angebracht.
Dieser mittlere Längsträger 4 weist
Aufnahmemittel 13 auf, die in Form von Hülsen im
Träger
angeordnet sind und die der oberen Fahrwerksanbindung dienen. Mit
dieser trapezförmigen
Anordnung 17 ist es möglich,
aufgrund ihrer Geometrie, ihrer Torsionssteifigkeit bedingt durch die
Stützträger 8, 7 und
durch die Aufnahmemittel 12, 13, 14 das
komplette hintere Fahrwerk inklusive dem Federbein ohne Hilfsrahmenkonstruktion
aufzunehmen. Die trapezförmige
Anordnung 17 könnte
auch asymmetrisch oder als Rechteck ausgebildet sein. Der zwischen
dem mittleren Längsträger 4 und
dem oberen Längsträger 3 dargestellte
Träger 5 ist
Bestandteil des Motorrahmens. Der Motorrahmen ist in diesem Ausführungsbeispiel
für die trapezförmige Anordnung 17 ohne
Bedeutung und dient nur zur Veranschaulichung der Figur.
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In der 1 ist
eine weitere trapezförmige
Anordnung 19 dargestellt. Diese trapezförmige Anordnung 19 weist
einen unteren Längsträger 16 auf,
der die Verlängerung
des Längsträgers 2 ist.
Die obere Begrenzung der trapezförmigen
Anordnung 19 wird durch die obere Längsträgerverlängerung 15 gebildet.
Seitlich wird die trapezförmige
Anordnung 19 durch den äußeren Stützträger 6 und
dem mittleren Stützträger 7 begrenzt.
Diese trapezförmige
Anordnung 19 dient zur Anbindung des hinteren Stoßfängers 1.
Normalerweise sind die Stoßfänger 1 über Verbindungsmittel
direkt an die Längsträger oder
Querträger
angebunden. Der trapezförmige Aufbau
hier ermöglicht
eine Anbindung des Stoßfängers 1 in
jeder gewünschten
Höhe ohne
die Aufbauhöhe eines
Längsträgers oder
Querträgers
berücksichtigen
zu müssen.
Bei einem Heckaufprall wird die Aufprallenergie bei diesem trapezförmigen Träger gleichmäßig in die
Tragestruktur, insbesondere in die beiden Längsträger bzw. Längsträgenrerlängerungen geleitet. Ein Abknicken
des Stoßfängers nach
oben oder nach unten kann dadurch zuverlässig vermieden werden. Insbesondere
bei tiefgelegten Sportwägen
können
dadurch die Auswirkungen eines Heckaufpralls stark reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die große Montagefläche am äußeren Stützträger 6.
Der Stoßfänger 1 im
Ausführungsbeispiel
ist gebogen, d.h. er bildet ein Kreissegment aus. Die Anbindung
einer Kreissegmentfläche
an eine ebene rechteckige Fläche
ist problematisch, da die Berührungsfläche zwischen
derart aufgebauten Teilen nur sehr klein ist. Werden am Stoßfänger 1 schienenförmige Befestigungsprofile 20 angebracht,
deren Geometrie es erlaubt, dass sie über den äußeren Stützträger 6 angebracht werden
können,
sodass diese Schienen 20 den Stützträger 6 ummanteln, lässt sich eine
großflächige Verbindung
zwischen dem Stützträger 6 und
dem Stoßfänger 1 erzielen.
In der Öffnung
der trapezförmigen
Anordnung 19, begrenzt durch den mittleren Stützträger 7,
der oberen Längsträgerverlängerung 15,
dem äußeren Stützträger 6 und
der unteren Längsträgerverlängerung 16 befindet
sich ein Auspufftopf 9 des Fahrzeugs. Dieser Auspufftopf 9 kann
im Falle eines Heckaufpralls zusätzlich
als Deformationselement dienen.
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2 zeigt
eine räumliche
Darstellung der Tragestruktur im Heckbereich eines Sportwagens.
In dieser Ausführungsform
sind die beiden trapezförmigen
Anordnungen 17, 19 in der Tragestruktur 18 eines
Fahrzeugs im Hinterwagens nicht flächig wie in 1 sondern räumlich dargestellt. Zur Aufnahme
des Fahrwerks ohne Verwendung eines Hilfsrahmens ist die trapezförmige Anordnung 17 im
Heckbereich auf beiden Seiten des Hinterwagens angeordnet. An dieser
trapezförmigen
Anordnung 17 befindet sich später im aufgebauten Zustand
das hintere linke Rad. Auf der durch einen Querträger 10 verbundenen
gegenüberliegenden
Seite ist die gleiche trapezförmige
Anordnung vorhanden, an der im aufgebauten Zustand das hintere rechte
Rad angebracht ist. Weiter wird in dieser Abbildung deutlich, dass
die Stützträger 7, 8 leicht
ins Wageninnere geneigt sind. Ferner sind diese beiden Stützen so
geneigt, dass die Länge
des trapezförmigen
Abschnitts, der vom unteren Längsträger 2 gebildet
wird, größer ist
als die Länge
des Abschnitts, der vom oberen Längsträger 3 gebildet
wird. Durch diese in alle Raumrichtungen leicht zusammenlaufende
Formgebung ergibt sich ein besonders torsionsfester Aufbau, bei
dem eine stabile Fahrwerksanbindung realisiert werden kann. Dieser
Aufbau ermöglicht
auch eine Tragestruktur und somit auch eine gesamte Karosserie,
die nach hinten schmal zuläuft
und an die ein Fahrwerk mit besonders breiten Reifen integriert
werden kann.
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Die trapezförmige Anordnung 19 zur
Anbindung des Stoßfängers 1 ist
am rechten bzw. am linken Endbereich des Hinterwagens angebracht.
Die trapezförmige
Anordnung 19 ermöglicht
es, den Bereich des Auspufftopfs bzw. der Auspufftöpfe 9 auszusparen
und trotzdem eine stabile Trägerkonstruktion
für den
Stoßfänger 1 zu
realisieren. In diesem Bild wird die Anbindung des Stoßfängers an
die Tragestruktur mit Hilfe von zusätzlichen u-förmigen Profilschienen 20 gezeigt,
die als Ausgleichselement zwischen dem äußeren Stützträger 6 und dem Stoßfänger 1 dienen.
Jedoch können
solche trapezförmigen
Anordnungen 17, 19, die vertikal zur Fahrbahnebene
angeordnet sind, und eine im Vergleich zur Außenhautkarosserie tragende
Funktion ausüben, den
größten Belastungen
z.B. Stöße über das
Fahrwerk oder einem Aufprall standhalten. Auch wird in dieser Figur
deutlich, dass der mittlere Stützträger 7 mehrere
Funktionen ausübt,
zum einen dient er bei der Fahrwerksanbindung als Stütze um eine
Verwindung zwischen dem unteren Längsträger 2 und dem Federbeinträger 3 bzw.
dem mittleren Längsträger entgegenzuwirken
und zum anderen dient er dazu, die Kräfte, die bei einem Heckaufprall
auf die trapezförmige
Anordnung 19 einwirken, auf die Tragestruktur weiterzuleiten.
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Die folgenden im Text verwendeten
Begriffe sollen wie folgt interpretiert werden:
| Vertikal: | bedeutet
hier grundsätzlich
in etwa vertikal. In etwa vertikal heißt, dass der Verlauf zwar eine
horizontale Komponente aufweisen kann, aber die vertikale Komponente überwiegt |
| Senkrecht: | bedeutet
hier grundsätzlich
in etwa senkrecht. In etwa senkrecht heißt, dass der Verlauf auch eine
waagerechte Komponente aufweisen kann, aber die senkrechte Komponente überwiegt. |
| Horizontal: | bedeutet
hier grundsätzlich
in etwa horizontal. In etwa horizontal heißt, dass der Verlauf zwar eine
vertikale Komponente aufweisen kann, aber die horizontale Komponente überwiegt |
| Parallel | bedeutet
hier grundsätzlich
in etwa parallel. In etwa parallel heißt, dass die parallelen Träger bzw.
Ebenen innerhalb eines bestimmten Bereichs nicht aufeinandertreffen. |
| Längsträger: | Träger die
parallel zur Längsachse
des Fahrzeugs verlaufen. |
| Querträger: | Horizontaler
Träger
zwischen zwei Längsachsen. |
| Stützträger: | Vertikaler
Träger
zwischen zwei Längsachsen. |
| Trapezförmig: | Vier
Ecken ausbildend. |