DE10335666A1

DE10335666A1 - Zug-Druckstrebe für eine Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE10335666A1
Application number: DE2003135666
Authority: DE
Inventors: Christian Mederer; Jürgen Scheer; Ulrich Wiedemann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-08-04
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2005-04-14

Abstract

Traditionell werden Zug-Druckstreben meist als Stahlrohrkonstruktion ausgeführt. Eine solche Stahlkonstruktion kann in Abhängigkeit von der jeweiligen konstruktiven und werkstofflichen Ausbildung eine bedeutende Masse aufweisen. Die aus Gründen des Umweltschutzes und der Fahrdynamik gewünschte Gewichtsreduzierung setzt jedoch eine Verringerung der Masse voraus. Aufgabe der Erfindung ist es, eine leicht bauende Zug-Druckstrebe zu schaffen. DOLLAR A Erfindungsgemäß besteht eine einteilige Zug-Druckstrebe (1) für eine Fahrzeugkarosserie in axialer Richtung aus zumidnest zwei Abschnitten (3, 5) mit unterschiedlichen Wandstärken, wobei sich zwischen den Abschnitten (3, 5) jeweils ein kontinuierlicher Übergangsbereich (4) befindet. Dadurch kann eine gezielte Materialanhäufung und damit eine Verstärkung in hochbelasteten Bereichen und erreicht werden. Die Zug-Druckstrebe (1) muss also nicht mehr durchgängig eine Wandstärke aufweisen, wie sie nur im höchstbelasteten Punkt erforderlich ist. Somit kann in den niedrigbelasteten Bereichen Material und damit Masse gespart werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zug-Druckstrebe für eine Fahrzeugkarosserie gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und eine Fahrzeugkarosserie mit einer solchen Zug-Druckstrebe.

Derartige Zug-Druckstreben kommen beispielsweise als Domstreben zwischen zwei Federbeindomen zum Einsatz. Sie dienen zur Versteifung der Fahrzeugkarosserie und werden traditionell meist als Stahlrohrkonstruktion ausgeführt. Eine solche Stahlkonstruktion kann in Abhängigkeit von der jeweiligen konstruktiven und werkstofflichen Ausbildung eine bedeutende Masse aufweisen. Die aus Gründen des Umweltschutzes und der Fahrdynamik gewünschte Gewichtsreduzierung erfordert jedoch eine Verringerung der Masse.

Aus der DE 92 07 011 U1 ist eine Domstrebe mit an beiden Strebenenden vorgesehenen Stützorganen für die Befestigung an der Fahrzeugkarosserie bekannt. Zwischen jedem Stützorgan und dem damit verbundenen Strebenende ist ein Kugelgelenk eingesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine leicht bauende Zug-Druckstrebe zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß besteht eine einteilige Zug-Druckstrebe für eine Fahrzeugkarosserie in axialer Richtung aus zumindest zwei Abschnitten mit unterschiedlichen Wandstärken, wobei sich zwischen den Abschnitten jeweils ein kontinuierlicher Übergangsbereich befindet. Dadurch kann eine gezielte Materialanhäufung und damit eine Verstärkung in hochbelasteten Bereichen und umgekehrt eine gezielte Schwächung in niedrigbelasteten Bereichen erreicht werden. Die Zug-Druckstrebe muss also nicht mehr durchgängig eine Wandstärke aufweisen, wie sie nur im höchstbelasteten Punkt erforderlich ist. Somit kann in den niedrigbelasteten Bereichen Material und damit Masse gespart werden. Die erfindungsgemäße Zug-Druckstrebe kann so ohne große Mehrkosten einen deutlichen Beitrag zur geforderten Gewichtsreduzierung des Gesamtfahrzeugs beitragen, ohne funktional relevante Einbußen bezüglich der Biege- und Beulsteifigkeit in Kauf nehmen zu müssen. Dabei ist zu beachten, dass die Zug-Druckstrebe zwar primär auf Zug und Druck belastet wird, aber insbesondere im Anbindungsbereich an den Enden auch Biegebeanspruchungen ausgesetzt ist.

Die Übergangsbereiche können nicht nur unterschiedliche Wandstärken ausgleichen, sondern günstigerweise auch einen kontinuierlichen Übergang zwischen unterschiedlichen Außendurchmessern der Abschnitte schaffen. So kann beispielsweise ein erster Abschnitt einen doppelt so großen Außendurchmesser wie ein zweiter Abschnitt aufweisen. Der Übergangsbereich zwischen den beiden Abschnitten schafft einen kontinuierlichen Übergang zwischen den unterschiedlichen Wandstärken und Außendurchmessern.

Aufgrund von über die Länge der Zug-Druckstrebe variierende Wandstärken und/oder Außendurchmesser lässt sich auch gezielt eine Versagens-Charakteristik erzeugen. Beispielsweise kann die Zug-Druckstrebe so konzipiert werden, dass sie ab einer definierten Druckkraft an einer bestimmten Stelle gezielt ausknickt.

Die Zug-Druckstrebe weist Idealerweise einen rohrförmigen Querschnitt auf. Als rohrförmig gilt hier jede Querschnittsform, die einen Hohlraum ummantelt. Die Form des Hohlraums oder die äußere Form der Zug-Druckstrebe sind dabei unerheblich. Eine Zug-Druckstrebe mit einem rohrförmigen Querschnitt weist bezogen auf das Gewicht hohe axiale Flächenmomente und Widerstandsmomente auf. Geeignet sind aber auch einseitig offene C- oder U-förmige Querschnitte.

Die Zug-Druckstrebe besteht in einer vorteilhaften Ausgestaltung aus Stahl. Stahl bietet als Werkstoff eine hohe Steifigkeit und ist gut schweißbar. Die Zug-Druckstrebe ist dann vorteilhafterweise aus variabel gewalzten Platinen hergestellt, die zu einem Rohr gerollt werden. Derartige variabel gewalzte Platinen – auch „tailored rolled blanks" genannt – weisen definiert unterschiedliche Blechdickenverläufe quer zur Walzrichtung auf. Die Dickenübergänge erfolgen kontinuierlich.

Alternativ besteht die Zug-Druckstrebe günstigerweise aus einem Leichtmetall, wie Aluminium oder Magnesium bzw. einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung. Leichtmetalle weisen ein relativ geringes spezifisches Gewicht und eine vergleichsweise hohe Steifigkeit auf, sodass sie zur Gewichtseinsparung prädestiniert sind. Die Zug-Druckstrebe ist dann bevorzugt in einem variablen Extrusionsverfahren hergestellt worden. Bei solchen variablen Extrusionsverfahren kann während des Extrusionsprozesses das Mundstück durch Schieber variiert werden. Derartige Extrusionsverfahren kommen bereits bei der Extrusion von Dichtungen zum Einsatz und es wird daran gearbeitet, solche variablen Extrusionsverfahren auch bei Leichtmetallen industriell einsetzen zu können.

Die extrudierte bzw. aus einer variabel gewalzten Platine hergestellte Zug-Druckstrebe mit einem rohrförmigen Querschnitt kann günstigerweise im Innenhochdruckverfahren umgeformt und/oder kalibriert sein. Dieses Verfahren ermöglicht es, auch komplizierte Umformvorgänge an der Zug-Druckstrebe durchzuführen. So kann die gesamte Zug-Druckstrebe kalibriert werden, um zum Beispiel mögliche Toleranzabweichungen gegenüber den Sollmaßen auszugleichen.

Der Übergangsbereich zwischen dem ersten Abschnitt mit der hohen Wandstärke und dem zweiten Abschnitt mit der niedrigen Wandstärke wird entsprechend den statischen und dynamischen Anforderungen ausgelegt. Dabei erscheinen Steigungen im Übergangsbereich von 1/40 oder kleiner am zielführendsten. Die Wandstärke kann sich am Außendurchmesser, am Innendurchmesser oder sowohl am Außen- als auch am Innendurchmesser verringern.

Eine derartige Zug-Druckstrebe ist Idealerweise im Vorderwagen einer Fahrzeugkarosserie zur Versteifung verbaut. Sie kann beispielsweise als klassische Domstrebe zum Einsatz kommen. Aber auch viele andere sehr geeignete Anwendungen in einer Fahrzeugkarosserie sind denkbar, wie beispielsweise in einer Fahrzeugtür.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im folgenden näher beschrieben wird. Die Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zug-Druckstrebe und
2 einen Längsschnitt durch die in 1 dargestellte Zug-Druckstrebe.
1 und 2 zeigen eine Domstrebe 1, die bei einem Cabriolet die beiden Federdome der Fahrzeugkarosserie als Zug-Druckstrebe zur Versteifung miteinander verbindet. Die einteilige Domstrebe 1 ist rohrförmig. An beiden Strebenenden sind Befestigungsorgane 2 vorgesehen, mit denen die Domstrebe 1 an den Federdomen befestigt werden kann. Die Befestigungsorgane 2 sind einteilig mit der eigentlichen Domstrebe 1 ausgeführt. Dazu sind die Endbereiche 3 der rohrförmigen Domstrebe 1 außen einfach flachgedrückt und mit einer Ausnehmung versehen worden. Zwischen den flachgedrückten Endbereichen 3 und dem mittleren rohrförmigen Bereich 5 der Domstrebe 1 befindet sich jeweils ein Übergangsbereich 4, der einen kontinuierlichen Übergang zwischen den Endbereichen 3 und dem mittleren Bereich 5 schafft. Die End- und Übergangsbereiche 3 und 4 stellen die Schwachstellen der Domstrebe 1 dar.
Die Domstrebe 1 ist aus einer zu einem Rohr gerollten Platine hergestellt, die zuvor variabel gewalzt wurde. Dieses Herstellverfahren ist beispielsweise in der EP 1 074 317 A1 beschrieben. Dadurch weist die Domstrebe 1 an seinen Endbereichen 3 eine deutlich höhere Wandstärke auf als im mittleren Bereich 5. In den Übergangsbereichen 4 steigt die Wandstärke im Verhältnis 1:40 zur axialen Erstreckung stetig zu den Endbereichen 3 hin an, sodass es in der Wandstärke über den Längsverlauf der Domstrebe 1 keinen Sprung gibt. Die Reduzierung der Wandstärke im mittleren Bereich 5 wirkt sich nur auf den Innendurchmesser aus. Dies hat den Vorteil, dass die Auslegung der Wandstärken unabhängig vom sonstigen Abstimmprozess der Domstrebe 1 erfolgen kann. Eine Änderung der Wandstärken kann somit sogar noch in der Serie erfolgen, ohne dass beispielsweise die Befestigungselemente 2 erneut angepasst werden müssen.
Die Domstrebe 1 ist entsprechend ihrer Beanspruchung optimal ausgelegt. In den End- und Übergangsbereichen 3 und 4, wo die höchste Belastung herrscht, weil das Flächenmoment aufgrund der Querschnittsformen gering ist, weist die Domstrebe eine höhere Wandstärke auf. Im mittleren Bereich 5, der aufgrund der rohrförmigen Querschnittsform bereits ein großes Flächenmoment aufweist, ist die Wandstärke entsprechend dünn gewählt. Dadurch ist die Domstrebe 1 im Vergleich zu herkömmlichen Domstreben genauso versteifend, sie weist aber aufgrund des in Summe eingesparten Materials eine deutlich geringere Masse auf.

Claims

Zug-Druckstrebe für eine Fahrzeugkarosserie, dadurch gekennzeichnet, dass die einteilige Zug-Druckstrebe (1) in axialer Richtung aus zumindest zwei Abschnitten (3, 5) mit unterschiedlichen Wandstärken besteht, wobei sich zwischen den Abschnitten (3, 5) jeweils ein kontinuierlicher Übergangsbereich (4) befindet.
Zug-Druckstrebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einteilige Zug-Druckstrebe (1) in axialer Richtung aus zumindest zwei Abschnitten mit unterschiedlichen Außendurchmessern besteht, wobei sich zwischen den Abschnitten jeweils ein kontinuierlicher Übergangsbereich befindet.
Zug-Druckstrebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug-Druckstrebe (1) einen rohrförmigen Querschnitt aufweist.
Zug-Druckstrebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug-Druckstrebe (1) aus Stahl besteht.
Zug-Druckstrebe nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug-Druckstrebe (1) aus variabel gewalzten Platinen hergestellt ist.
Zug-Druckstrebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zug-Druckstrebe (1) aus einem Leichtmetall, wie Aluminium oder Magnesium bzw. einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung, besteht.
Zug-Druckstrebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zug-Druckstrebe (1) durch ein variables Extrusionsverfahren hergestellt ist.
Zug-Druckstrebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zug-Druckstrebe (1) im Innenhochdruckverfahren umgeformt und/oder kalibriert ist.
Zug-Druckstrebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (4) eine Steigung von 1/40 oder kleiner aufweist.
Fahrzeugkarosserie mit einer Zug-Druckstrebe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug-Druckstrebe (1) im Vorderwagen zur Versteifung verbaut ist.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug-Druckstrebe (1) eine Domstrebe ist.
Fahrzeugkarosserie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug-Druckstrebe (1) zur Versteifung in einer Fahrzeugtür verbaut ist.