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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Hybridquerträger für ein Fahrzeug.
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Hybridtechnologien
werden allgemein eingesetzt, um die hohe mechanische Festigkeit
von metallischen Werkstoffen mit dem geringen Gewicht und der einfachen
Formbarkeit von Kunststoffen vorteilhaft zu verbinden. Insofern
eignen sich Hybridtechnologien in vielen Fällen auch für Anwendungen im Automobilbereich.
Dies gilt jedenfalls und insbesondere in Bezug auf den hinter der
Instrumententafel zwischen den A-Säulen verlaufenden Querträger. Dieser
ist dazu vorgesehen, starr gegenüber
der Fahrzeugkarosse festgelegte Anbindungspunkte insbesondere für das lenkradseitige
Lenkstocklager, die Instrumententafel und das Klimagerät bereitzustellen.
Hierbei ist hervorzuheben, dass der Querträger wunschgemäß möglichst
steif sein muss, um die aus der Lenkstockanbindung über das
Lenkrad eingeleiteten Kräfte
ohne erkennbares Nachgeben oder Nachfedern abstützen zu können. Überdies verlagert eine große Festigkeit
bei geringem Gewicht die Frequenzen der Resonanz für den Querträger aus
dem Bereich der vom Motor hervorgerufenen Vibrationen heraus und
trägt damit
zur Verbesserung des wahrgenommenen Fahrkomforts bei. Dies kann
mit einem Kunststoffbauteil meist nicht zweckmäßig erreicht werden. Zudem
wird der Querträger
aber auch große Raumvolumen
umschließen,
um eine ausreichende mechanische Stabilität zu erhalten. Um die vom Querträger umschlossenen
Raumvolumen nutzen zu können,
wird vorgeschlagen diese insbesondere für die Aufnahme von Luftführungen
zur Belüftung
und Klimatisierung der Fahrgastkabine, von Kabelsträngen oder
der gleichen einzurichten. Ein derart komplexes Gebilde von untereinander
verbundenen Hohlräumen
und Öffnungen
kann aus Metall meist nur mit Schwierigkeiten und hohem Gewicht
oder hohen Kosten angefertigt werden.
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Aus
der
EP 1 323 623 A1 ist
ein erster Hybridquerträger
bekannt, bei dem eine insgesamt verhältnismäßig kleine steife metallische
Querstrebe von einem verhältnismäßig großen Strukturelement aus
Kunststoff überwiegend
bereichsweise umschlossen wird. Dadurch sollen alle auf das Strukturelement
aus Kunststoff eingeprägten äußeren Kräfte direkt
und ohne erkennbares Nachgeben oder Nachfedern desselben auf die
metallische Querstrebe abgestützt
werden. Andererseits bietet Kunststoff als Werkstoff die Möglichkeit,
das großvolumig
ausgelegt und mit eingeschlossenen Luftführungen ausgestattete Strukturelement
aus Kunststoff vergleichsweise kostengünstig zu fertigen.
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Allerdings
muss bei dem vorgenannten Hybridquerträger die Umschließung der
metallischen Strebe durch das zweiteilige Strukturelement maßhaltig
erfolgen, um die hinlänglich
bekannte vorteilhafte Stärkung
der Tragfähigkeit
der metallischen Querstrebe aufgrund der durch das anliegende Strukturelement
aus Kunststoff bewirkten Kraftverteilung zu erzielen. Ein derartiges
zumindest bereichsweise passgenaues Einformen der metallischen Querstrebe
in das Strukturelement aus Kunststoff setzt üblicherweise das Umspritzen
des in das Kunststoffformwerkzeug eingelegten Metallteils voraus.
Mit einem solchen Verfahren kann der von einer rinnenförmigen Querstrebe
umschlossene Raum praktisch nur durch eine nach außen offene
Verrippung gefüllt werden,
nicht jedoch als ein zusätzlicher
Bauraum für eine
Luftführung
oder dergleichen mitverwendet werden.
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Andere
Ansätze,
wie beispielsweise der in der
EP 0 370 342 A1 offenbarte, beruhen darauf,
das metallische Tragelement mit dem Strukturelement aus Kunststoff
an einer ausreichend großen
Anzahl von Stellen formschlüssig
zu verbinden, um dadurch ein unmittelbares Zusammenwirken der beiden Strukturen
zu gewährleisten.
Diese und vergleichbare Ansätze
gehen gleichermaßen
wie die zuerst geschilderten von einem Umspritzen der in das Kunststoffformwerkzeug
eingelegten metallischen Querstrebe aus und können folglich die vorgenannten Nachteile
ohne weiteres nicht überwinden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt sich mithin die Aufgabe, einen Hybridquerträger mit
geringem Gewicht und hoher Festigkeit zu schaffen, dessen Herstellung
kostengünstig
möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Hybridquerträger
mit den. Merkmalen nach. einem der unabhängigen Ansprüche 1 oder
5.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Hybridquerträgers
ergeben sich aus den Ansprüchen
2 bis 4 und 6 bis 11.
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Die
erfindungsgemäß am Hybridquerträger vorgesehene
Klebeverbindung gleicht vorteilhaft Fertigungstoleranzen der metallischen
Querstrebe aus und führt
zu einer festen und spielfreien Verbindung mit dem Strukturelement
aus Kunststoff. Das an der der Fahrgastzelle zugewandten Seite des
Hybridträgers
vorgesehene Strukturelement aus Kunststoff bietet zudem ausreichende
Möglichkeiten
zu Integration von Befestigungsstellen in diesem Bereich. Auf der
von der Fahrgastzelle abgewandten Seite des Hybridquerträgers sind
in der Regel nur wenige Befestigungspunkte erforderlich, so dass
sich das Strukturelement aus Kunststoff regelmäßig nicht in diesen Bereich
hinein zu erstrecken braucht. Die in Längsrichtung profilierte metallische
Strebe ist ausreichend groß ausgelegt,
um Luftführungen
der Fahrzeugbelüftung
aufnehmen zu können.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im einzelnen beispielhaft
beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen
wird. Darin zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines ersten Hybridquerträgers schräg von vorne
rechts;
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2 eine
perspektivische Ansicht einer ersten Teilstruktur des Hybridquerträgers gemäß 1 schräg von links;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus einer weiteren Teilstruktur
eines Hybridquerträgers
gemäß 1; 4 eine
Schnittansicht entlang einer vertikalen Schnittebene im Bereich
der Lenkstockanbindung durch den Hybridquerträger gemäß 1; und
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5 eine
Schnittansicht entlang einer vertikalen Schnittebene im Bereich
der Lenkstockanbindung durch einen zweiten Hybridquerträger.
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Ein
erfindungsgemäßer Hybridquerträger 1 zum
Einbau in ein linksgelenktes Fahrzeug umfasst gemäß 1 eine
metallische Querstrebe 2, ein Strukturelement aus Kunststoff 3,
eine Befestigungslasche 4, eine Lenkstockanbindung 5 und
zwei Frequenzstreben 6 und 7. Die metallische
Querstrebe 2 erstreckt sich im wesentlichen entlang der
Richtung der hauptsächlichen
Ausdehnung des Hybridquerträgers 1,
die nachfolgend auch als dessen Hauptrichtung bezeichnet wird. Die
Formgebung der metallischen Querstrebe 2 geht insbesondere
aus 2 hervor, die eine Ansicht auf den Hybridquerträger 1 bei
abgenommenem Strukturelement aus Kunststoff 3 zeigt. Quer
zur Hauptrichtung des Hybridquerträgers 1 weist die metallische
Querstrebe 2 im wesentlichen einen u-förmigen
Querschnitt auf, wobei Abmessungen und Gestalt des Querschnitts
entlang des Hybridquerträgers 1 variieren.
In Hauptrichtung des Hybridquerträgers 1 lassen sich
im wesentlichen drei Ab schnitte der metallische Querstrebe 2 erkennen,
innerhalb derer das Profil nahezu unverändert ist. Zwischen diesen
Abschnitten sind verhältnismäßig kurze Übergangszonen
vorgesehen, in denen das Profil stetig zwischen den Gestalten der
angrenzenden Abschnitte übergeht.
Die zum Fahrzeuginnenraum weisenden Kanten der metallischen Querstrebe 2 sind
vorzugsweise auf der gesamten Länge vorteilhaft
nach außen
umgebogen, um zwei langgestreckte schmale Verbindungsflächen 24, 25 zur
Verbindung der metallische Querstrebe 2 mit dem Strukturelement
aus Kunststoff 3 zu erhalten.
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In
einem ersten Abschnitt in der Nähe
des rechten Endes des Hybridquerträgers 1 ist das u-förmige Profil
vergleichsweise flach und schmal ausgebildet. Es ist hierbei anzumerken,
dass die als Tiefe des u-förmigen
Profils bezeichnete Abmessung am Querschnitt der metallischen Querstrebe 2 für den gezeigten
Hybridquerträger 1 nach
dessen Einbau in ein Fahrzeug annähernd entlang der Fahrzeuglängsrichtung
verläuft,
die Breite des u-förmigen
Profils hingegen annähernd
in auf das Fahrzeug bezogen vertikaler Richtung zu bestimmen ist.
In dem vorgenannten ersten Bereich ist der Profilquerschnitt auch verhältnismäßig am kleinsten.
Dies trägt
dem Umstand Rechnung, dass auf der Beifahrerseite des gezeigten
Hybridquerträgers 1 im
Gebrauch nur vergleichsweise geringe Kräfte auf diesen eingeleitet werden.
Breite und Tiefe des u-förmigen
Profils sind in diesem Bereich hauptsächlich durch den innerhalb des
Profils zur Aufnahme von Luftführungen
und dergleichen gewünschten
kanalförmigen
Bauraum vorgegeben. In diesem zweiten Abschnitt im Bereich des mittleren
Drittels des Hybridquerträgers 1 ist
das u-förmige
Profil der metallischen Querstrebe 2 annähernd genauso
schmal wie im zuvor beschriebenen Abschnitt, jedoch deutlich tiefer
ausgebildet als dort. Auf diese Art steht innerhalb des Trägers Raum
für weitere
Luftführungen
und Luftzutritte zur Verfügung. Im
letzten Drittel auf der Fahrerseite des Hybridquerträgers 1 nimmt
die Tiefe des u-förmigen
Profil wieder etwas ab, wobei jedoch gleichzeitig dessen Breite
erheblich zunimmt. Neben dem für
die Aufnahme der Luftführungen
vorgesehenen Bauraum bietet das u-förmige Profil der metallische
Querstrebe 2 hier ausreichend Platz für eine metallische Hilfsstrebe 8. Vorzugsweise
ist diese Hilfsstrebe 8 ein Abschnitt eines Strangpressteils,
eines Rechteckrohrs oder dergleichen. Die Hilfsstrebe 8 ist
mit der metallischen Querstrebe 2 im Bereich der benachbarten
Flächen vorne
und unten zumindest abschnittsweise verbunden. Diese Verbindung
kann bei geeigneter Materialwahl beispielsweise durch Schweißen, insbesondere Punktschweißen erfolgen.
Alternativ kann die Verbindung auch durch Nieten oder Kleben erfolgen.
Letztgenannte Möglichkeiten
sind als besonders vorteilhaft anzusehen, weil deren Anwendung erwartungsgemäß nur einen
geringen Verzug oder im Fall der Klebeverbindung sogar praktisch
keinen Verzug an den Bauteilen hervorrufen wird. Die Auslegung der Hilfsstrebe 8 orientiert
sich an den größten bei
der Benutzung zu erwartenden durch die Lenkstockanbindung auf den
Hybridquerträger 1 eingeprägten Linear-
und Torsionskräften.
Alternativ kann anstelle der in den 1 bis 4 dargestellten
hohlprofilierten Hilfsstrebe 8 auch ein rechtwinkliges
Längsprofil oder
eine ähnlich
offen profilierte Hilfsstrebe verwendet werden, wie dies in 5 angedeutet
ist.
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An
der der Fahrgastzelle zugewandten Seite ist die metallische Querstrebe 2 mit
dem Strukturelement aus Kunststoff 3 verbunden. Die Verbindung
erfolgt dabei vorzugsweise durch eine Klebenaht zwischen Oberflächenabschnitten
des Strukturelements aus Kunststoff 3 und den Verbindungsflächen 24, 25 des
metallische Querstrebe 2. Alternativ kann die Verbindung
auch durch mehrere Schrauben, Nieten oder Bördelränder erfolgen. Das Strukturelement aus Kunststoff 3 verläuft im wesentlichen
eben entlang der Hauptrichtung des Hybridquerträgers 1. An den Enden
des Strukturelements aus Kunststoff 3 sind abgewinkelte
Befestigungslaschen 31 und 32 vorgesehen, mit
denen der Hybridquerträger 1 an
den sogenannten A-Säulen
einer Fahrzeugkarosse befestigbar ist. Ferner verfügt das Strukturelement
aus Kunststoff 3 vorteilhaft in der Nähe seines linken und rechten
Endes jeweils über
eine Öffnung 33, 34,
die den Durchtritt der Luftführungen
aus dem Inneren des Hybridquerträgers 1 in
den Bereich der Instrumententafel des Fahrzeugs erlauben. Auf der
Fahrerseite weist das Strukturelement aus Kunststoff 3 eine Aussparung
zur Aufnahme der Lenkstockanbindung 5 auf. Die Lenkstockanbindung 5 ist
aus einem festen Werkstoff, vorzugsweise aus Metall gefertigt. Insbesondere
kann hierbei eine druckgegossene Aluminiumlegierung zur Anwendung
kommen. Die Lenkstockanbindung 5 weist Befestigungsstellen 51 zur Anbringung
der in den Zeichnungen nicht wiedergegebenen Lenkwellenlagereinheit
auf. Ein besonders kompakter und platzsparender Aufbau ergibt sich, wenn
im Bereich der Lenkstockanbindung die untere Verbindungsfläche 25 an
der metallische Querstrebe 2 unterbrochen ist, wie dies
insbesondere aus den Schnittansichten in den 4 und 5 hervorgeht. Eine
besonders stabile Verbindung zwischen Lenkstockanbindung 5,
und der metallischen Querstrebe 2 wird erhalten, wenn die
obere Verbindungsfläche 24 der
metallischen Querstrebe 2 mit Befestigungsaugen 26 ausgestattet
und mit einem oberen Abschnitt der Lenkstockanbindung 5 durch
Schrauben oder Nieten 52 sind. Eine besonders stabile Verbindung
zwischen der Lenkstockanbindung 5 und der Hilfsstrebe 8 wird
erhalten, wenn diese Bauteile in einem unteren Bereich der Lenkstockanbindung 5 mit Schrauben 81 und
Distanzhülsen
gegeneinander gespannt sind, wie dies in 3 angedeutet
ist. Gleichfalls kann die Verbindung zwischen der metallische Querstrebe 2 und
der Befestigungs lasche 4 durch Schrauben 41 erfolgen,
wie dies ebenfalls aus 3 hervorgeht.
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Oberhalb
der Lenkstockanbindung 5 ist an der metallischen Querstrebe 2 gemäß 1 und 3 eine
Befestigungslasche 4 angeordnet. Diese verbindet den Hybridquerträger 1 in
eingebautem Zustand mit der Stirnwand unterhalb des Rahmens der Fahrzeugwindschutzscheibe
und unterdrückt
dadurch wirkungsvoll eine Auslenkung des Hybridquerträgers 1 in
Fahrzeuglängsrichtung
aufgrund äußerer Krafteinwirkung.
Der zwischen dem Hybridquerträger 1 und
dem Rahmen der Windschutzscheibe verbleibende Spalt sollte zweckmäßig möglichst
groß sein, damit
im Fall eines Frontalaufpralls des Fahrzeugs die zum Zusammentreffen
von Hybridquerträger 1 und
Rahmen der Windschutzscheibe erforderliche Verformung der Fahrzeugkarosse
möglichst
groß ist und
folglich die an dem Hybridquerträger 1 gehalterte Lenkstockanbindung 5 zusammen
mit dem nicht wiedergegebenen Lenkrad in diesem Fall möglichst
wenig weit in die Fahrgastzelle hinein geschoben wird. Die Befestigungslasche
wird vorzugsweise aus Metall gefertigt sein, insbesondere bietet
sich ein gepresstes Blechteil an. Bei geeigneter Materialwahl kann
die Verbindung zwischen der metallischen Querstrebe 2 und
der Befestigungslasche 4 durch Schweißen, insbesondere Punktschweißen erfolgen. Andernfalls
kann die Verbindung durch Nieten oder Kleben erfolgen.
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In
einem mittleren unteren Bereich der metallische Querstrebe 2 sind
ferner gemäß den 1 und 2 Frequenzstreben 6 und 7 angeordnet.
Diese sind dazu vorgesehen, den Hybridquerträger 1 im Bereich seiner
Mitte gegenüber
der Fahrzeugkarosse in senkrechter Richtung festzulegen und dadurch vor
allem die erste Eigenschwingung des Hybridquerträgers 1 zu unterdrücken. Zwischen
den Frequenzstreben 6, 7 verbleibt ein Bauraum
zur Aufnahme von Klimage rät,
Rundfunkempfänger
und dergleichen. Die Öffnungen 22, 23 an
der Unterseite der metallischen Querstrebe 2 ermöglichen
hierbei den Durchtritt der Luftführungen
vom Klimagerät
in den Hybridquerträger 1 hinein,
von wo aus sich die Luftführungen
nach links und rechts bis zu den seitlichen Austrittsöffnungen 33, 34 in
dem Strukturelement aus Kunststoff 3 fortsetzen, um im
Bereich des linken und rechten Endes aus dem Innenraum des Hybridquerträgers 1 herauszutreten
und in die Luftaustritte in der Instrumententafel übergehen.
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Wie
aus der Ausschnittansicht in 3 hervorgeht
trifft die Hilfsstrebe 8 in einer besonders bevorzugten
Ausführung
mit ihrem rechten oder inneren Ende mit dem oberen Ende der Frequenzstrebe 6 zusammen.
Dadurch werden vertikal auf die Lenkstockanbindung 5 wirkende
Kräfte
weniger in die metallische Querstrebe 2 eingeleitet, sondern
vor allem von der Hilfsstrebe 8 zwischen der seitlichen
Karosserieanbindung 31 links und der Frequenzstrebe 6 aufgeteilt.
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Der
beschriebene Hybridquerträger 1 wird auf
besonders kostengünstige
Art erhalten, wenn die metallische Querstrebe 2 aus einem
gepressten Stahl- oder Aluminiumblech angefertigt wird. Zweckmäßig werden
die Frequenzstreben 6, 7 und die Befestigungslasche 5 aus
dem selben Material gefertigt und mit der metallischen Querstrebe 2 verschweißt, vernietet
oder verklebt. Anschließend
wird die Hilfsstrebe 8 auf der Fahrerseite in die metallische
Querstrebe 2 vorzugsweise eingeklebt, wobei ein auf ein eventuell
vorangehendes Schweißen
oder Punktschweißen
der vorbeschriebenen Anordnung aus metallischer Querstrebe 2,
Frequenzsstreben 6, 7 und Befestigungslasche 5 zurückgehender
Verzug der metallischen Querstrebe 2 in der Regel nicht
zu einem überschreiten
des zulässigen
Klebespalts führen
wird, ein Richten nach dem Schweißen also unterbleiben kann.
Ein kostenaufwändiges
Richten wird aus den selben Gründen
auch nicht vor dem Zusammenfügen
und Verkleben der gesamten in den vorbeschriebenen Schritten geschaffenen
Anordnung mit dem Strukturelement aus Kunststoff 3 notwendig sein.
Auch in diesem Schritt werden die zulässigen Toleranzen für den Klebespalt
den beim Schweißen eventuell
auftretenden Verzug in der Regel aufnehmen können.