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Die
Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Tragstruktur gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Aufgrund
der sich fortlaufend verschärfenden
Gesetze hinsichtlich eines Seitenaufpralls steigen die Anforderungen
an die Fahrzeug-Tragstrukturen, insbesondere im Bereich der Tragsäulen, ständig an.
Bestehende Konzepte stoßen
in Bezug auf die notwendige Energieabsorption beim Seitenaufprall
an ihre Grenzen.
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Aus
der
DE 40 18 593 A1 ist
eine herkömmliche
Fahrzeug-Tragstruktur bekannt. Eine solche herkömmliche Fahrzeug-Tragstruktur
ist in den
4 und
5 näher erläutert. Solche Fahrzeug-Tragstrukturen
zeichnen sich, wie in
4 dargestellt,
durch einen Schweller
1 aus, der als Längsträger in der Bodenstruktur einer
Fahrzeugkarosserie ausgebildet ist. An diesem durchgehenden Schweller
1 sind über Schweißverbindungen
6 Querträger
7,
insbesondere der Sitzquerträger,
und eine Tragsäule
2,
insbesondere die B-Säule,
angebracht.
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5 zeigt einen Querschnitt
durch eine herkömmliche
Fahrzeug-Tragstruktur.
Hierbei wird die Bodenstruktur 8 einer Fahrzeugkarosserie
von den beiden Schwellern 1, einem oder mehreren Sitzquerträgern 7 und
dem Tunnel 11 zumindest teilweise ausgebildet. Die Dachstruktur 9,
die vom Dachrahmen 10 begrenzt wird, ist über Tragsäulen 2 mit
der Bodenstruktur 8 verbunden. Die Tragsäulen 2,
die hier als B-Säule
abgebildet sind, sind entweder seitlich am Schweller 1 oder
auf dem Schweller 1 mittels Schweißverbindungen 6 angebracht.
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Nachteilig
bei einem solchen Aufbau ist es, dass im Falle eines Seitenaufpralls 14 der
Lastpfad, der die Aufprallenergie verteilen soll, durch den Schweller 1 unterbrochen
wird. Erschwerend kommt hinzu, dass ein solcher Schweller 1 von
einem Hohlprofil gebildet wird, das eingedrückt werden kann. Ein solcher
lückenhafter
Lastpfad 13 kann dazu führen, dass
Verbindungsstellen aufbrechen und der Innenraum der Fahrzeugkarosserie
nicht mehr zuverlässig geschützt werden
kann. Im Falle eines Seitenaufpralls 14 wird bei einer
herkömmlichen
Fahrzeug-Tragstruktur
die eingeleitete Energie erst auf den Schweller und dann in den
Sitzquerträger
geleitet, sofern der Hohlprofil-Schweller nicht kollabiert ist. Zudem
weist der Bereich um die Tragsäulen-Wurzel aufgrund
der geometrischen Randbedingungen meist nur eine geringe Steifigkeit
auf.
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Aus
der
DE 30 08 840 C2 ist
eine Fahrzeug-Tragstruktur bekannt, die Knotenverbindungen aufweist.
Diese Knotenverbindungen bestehen im wesentlichen aus einem Vierwegverbinder,
an den oder in den die Tragsäule,
der Querträger
und der Schweller eingesetzt werden können, wobei der Schweller mehrteilig
ist und zwei Stellen im Vierwegverbinder benötigt.
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Nachteilig
bei solchen Vierwegverbindern ist es, dass sich die Anzahl der Verbindungsstellen
erhöht,
wodurch sich auch die Anzahl der möglichen Schwachstellen vergrößert. Ein
weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, dass die Vierwegverbinder
hohl sind und bei einem Seitenaufprall deformiert werden können, bevor
die Aufprallenergie auf dem Lastpfad verteilt werden kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Fahrzeug-Tragstruktur aufzuzeigen, die
so ausgebildet ist, dass sie im Falle eines Seitenaufpralls die
Energie gleichmäßig über das
Fahrzeug verteilt und dadurch den Fahrzeuginnenraum zuverlässig vor
Krafteinwirkungen schützt.
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Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
indem ein Stück
des Schwellers von der Tragsäule
gebildet wird, so dass die Tragsäule
in direkter Verbindung zum Querträger steht.
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Der
Vorteil der Erfindung ist es, dass durch die neue Fahrzeug-Tragstruktur ein
durchgehender Lastpfad bei einem Seitenaufprall erzielt werden kann.
Dadurch können
die Aufprallkräfte
in der Karosserie verteilt werden, wodurch wiederum größere Energiemengen
von der Karosserie absorbiert werden können ohne dass die Fahrgastzelle
in Mitleidenschaft gezogen wird.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierbei ist die Tragsäule zumindest
in dem Bereich, in dem sie einen Teil des Schwellers ausbildet,
ein Gussteil. Zusätzlich
kann eine Verstärkung
dadurch erreicht werden, indem ein weiteres verstärkendes
Gussteil an der Tragsäule
im Bereich des Schwellers eingesetzt wird, so dass eine möglichst
große
Auflagefläche
für die
eigentlichen Schwellerteile beim Anbringen an die Tragsäule vorhanden
ist.
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Das
nachfolgende Ausführungsbeispiel
soll anhand der 1 und 2 näher beschrieben
werden. Es zeigen:
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1:
Perspektivische Darstellung eines von einer Tragsäule unterbrochenen
Schwellers.
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2:
Schnitt durch den unterbrochenen Schweller im Bereich A-A
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3:
Querschnitt durch eine Fahrzeug-Tragstruktur im Bereich der B-Säule.
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4:
Perspektivische Darstellung eines Schwellers nach dem Stand der
Technik.
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5:
Herkömmlicher
Querschnitt durch eine Fahrzeug-Tragstruktur im Bereich der B-Säule nach
dem Stand der Technik.
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1 zeigt
die perspektivische Darstellung eines von der Tragsäule unterbrochenen
Schwellers. Der Schweller 1 besteht aus zwei Teilen. Die
beiden Teile des Schwellers 1 sind über die Tragsäule 2 miteinander
verbunden. Hierbei bildet die Tragsäule 2 einen Teilbereich
des Schwellers 1 aus. Im Ausführungsbeispiel füllt die
Tragsäule 2 nur
einen Teil der Schnittfläche
des Schwellers aus. Aus diesem Grund ist im Kniebereich der Tragsäule 2 ein
Verstärkungselement 5 angebracht,
das einerseits verhindert, dass die Tragsäule abknickt und andererseits
die Auflagefläche
der beiden Schwellerteile 1 an der Tragsäule 2 erhöht. Dieses
Verstärkungselement 5 ist
vorzugsweise ein Gussteil, das zuerst im Kniebereich der Tragsäule 2 angeschweißt wird.
Danach können
die beiden Schwellerteile 1 an die durch das Verstärkungselement 5 verstärkte Tragsäule 2 angeschweißt werden.
Ferner wird an der Tragsäule 2 der Querträger 7 angebracht,
so dass ein geschlossener Lastpfad 12 bei einer seitenaufprallbedingten
Kraft 14 erzielt werden kann. Als besonders vorteilhaft
erweist es sich, wenn der Teilbereich des Schwellers 1, der
durch die Tragsäule 2 mit
dem Verstärkungselement 5 gebildet
wird, aus einem oder mehreren massiven Gussteilen besteht. Der restliche
Schweller 1 kann aus Gewichtsgründen dann aus einem Hohlprofil
bestehen. Durch den massiven Aufbau der Tragsäule 2 oder zumindest
deren Verstärkungselement 5 wird
erreicht, dass der Lastpfad 12 auch bei hohen Belastungen
aufrechterhalten werden kann. Der Querträger 7, in den zumindest
teilweise vom Seitenaufprall herrührende Kräfte 14 eingeleitet
werden, kann gleichfalls ein Hohlprofil sein, da nur ein Teil der seitenaufprallbedingten
Kräfte 14 in
ihn eingeleitet werden. Eine solche Fahrzeug-Tragstruktur eignet sich
vor allem für
Karosserien in Leichtbauweise, insbesondere für Aluminium-Aufbauten. Durch
eine solche Tragstruktur lassen sich leichte und gegen Seitenaufprall
unempfindliche Karosserien aufbauen. Zum zuverlässigen Verbinden zwischen allen
dargestellten Komponenten: Tragsäule 2,
Schwellerteile 1, Verstärkungselement 5 und
Querträger 7 eignen
sich Schweißverbindungen 6.
Jedoch könnten
auch andere Verbindungsmittel bzw. Verbindungsverfahren eingesetzt
werden.
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2 zeigt
einen Schnitt im Bereich A-A durch den Schweller 1. Der
Schweller 1 ist komplett durchtrennt. An den Schnittstellen
der beiden Teile ist im unteren Bereich die Tragsäule 2 und
im oberen Bereich deren Verstärkungselement 5 als
Zwischenstück
eingebracht. Damit sind die Schnittstellen der Schwellerteile 1 komplett
abgedeckt, wodurch erzielt wird, dass die Steifigkeit des Schwellers 1 gegenüber dem
einstückigen
Aufbau zumindest gleich bleibt.
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3 zeigt
den Querschnitt einer Fahrzeug-Tragstruktur im Bereich der B-Säule 2.
Oben in der Abbildung befindet sich die Dachstruktur 9,
die vom Dachrahmen 10 begrenzt wird. Im unteren Bereich
befindet sich die Bodenstruktur 8. Die Dachstruktur 9 ist
mit der Bodenstruktur 8 über Tragsäulen 2 verbunden.
Im Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei der abgebildeten Tragsäule 2 um die B-Säule eines
Fahrzeugs. Die B-Säule 2 ist
im Bereich der Dachstruktur 9 mit dem Dachrahmen 10 verbunden. Im
unteren Bereich ist die Tragsäule 2 direkt
mit dem Querträger 7 verbunden.
Das Unterteil 3 der Tragsäule 2 ist dicker und
somit auch stabiler wie das Oberteil 4 der Tragsäule 2.
Der Grund hierfür
liegt darin, dass ein Seitenaufprall 14 in der Regel nur
bis zu einer bestimmten Höhe
auftritt. Um zu verhindern, dass die Tragsäule 2 im Bereich des
Seitenaufpralls 14 durchbricht, wird im Unterteil 3 eine
dickere Wandstärke
der Tragsäule 2 verwendet.
Der Seitenaufprall ist in dieser Figur durch den Kraftpfeil 14 dargestellt, der
im Bereich der unteren Wandung 3 der Tragsäule einwirkt.
Um ein Einknicken der Tragsäule 2 im
Kniebereich, d.h. in dem Bereich, in dem die Tragsäule einen
Schwellerteilbereich ausbildet, zu verhindern, wird im Innenbereich
der Karosserie ein Verstärkungselement 5 mittels
Schweißverbindung 6 an
der Tragsäule 2 angebracht.
Durch diesen einstückigen Aufbau
von Tragsäule 2 mit
integriertem Schwellerbereich und einer direkten waagrechten Anbindung der
Tragsäule 2 an
den Sitzquerträger 7 kann
ein durchgehender Kraftpfad 12 sowohl in Richtung Dachstruktur 9 als
auch in Richtung Bodenstruktur 8 erzielt werden. Über einen
in der Mitte der Karosserie angeordneten Tunnel 11 können die
durch den Seitenaufprall bedingten Kräfte auch auf die andere Seite
des Fahrzeugs abgeleitet werden, sodass eine günstige, über das ganze Fahrzeug gleichmäßig verteilte
Kraftverteilung erzielt werden kann.
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Eine
solche Fahrzeug-Tragstruktur eignet sich sowohl für Tragstrukturen
in Leichtbauweise, insbesondere Aluminiumaufbauten, als auch für herkömmliche
Stahlaufbauten. Bei den für
diesen Aufbau benötigten
Komponenten können
sowohl Hohlprofile als auch massive Gussteile verwendet werden.
Auch Hybridteile, die teilweise aus Guss und teilweise aus einem Hohlprofil
bestehen, sind für
diesen Einsatz geeignet. Auch kann die Tragsäule 2 im unteren Bereich 3 derart
gestaltet werden, dass ein Verstärkungselement 5 entfallen
kann, weil die Tragsäule 2 eine
so große
Auflagefläche
im Schwellerbereich 1 ausbildet, so dass die Schnittstellen
des Schwellers 1 abgedeckt werden können.