DE19547491C1 - Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Längsträgern eines Vorbaubereiches eines Personenkraftwagens und einem Integralträger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Längsträgern eines Vorbaubereichs eines Personenkraftwagens und einem Integralträger, der für die Aufnahme einer Antriebseinheit und einer Vorderachsanordnung vorgesehen ist, wobei der Inte­ gralträger an jeden Längsträger mittels drei in Längsrichtung jedes Längsträgers zueinander beabstandeten Anbindungspunkten angebunden ist und wobei im Bereich eines mittleren Anbindungs­ punktes eine bei Auftreten einer definierten Aufprallbelastung lösbare Verbindung zwischen Integralträgerund Längsträger vor­ gesehen ist.

Es ist bekannt (Mercedes-Benz Personenkraftwagen), für die Auf­ nahme einer Antriebseinheit und einer Vorderachsanordnung eines Personenkraftwagens einen Integralträger im Vorbaubereich vorzu­ sehen, der von unten an die beiden Längsträger des Vorbauberei­ ches angebunden ist. Der Integralträger ist dabei an jedem Längsträger über drei Befestigungspunkte gehalten, die in Längs­ richtung des Längsträgers zueinander beabstandet sind. Um bei einer Aufprallbelastung und einer daraus resultierenden Deforma­ tion des Vorbaubereichs eine Blockbildung durch den Integralträ­ ger zu verhindern, sind die beiden mittleren Anbindungspunkte des Integralträgers an den beiden Längsträgern derart lösbar ge­ staltet, daß der Integralträger sich im Bereich der beiden mitt­ leren Anbindungspunkte bei einer Aufprallbelastung von den bei­ den Längsträgern löst.

Aus der US-PS 2 838 339 ist es bekannt, mit Hilfe einer Verbin­ dungsvorrichtung einen Kraftfahrzeugaufbau an einem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs festzulegen. Die Verbindungsvorrichtung weist elastische Dämpfungselemente auf, um die Übertragung von Vibra­ tionen und Geräuschen vom Fahrgestell auf den Aufbau zu verhin­ dern. Zur Verbindung des Fahrgestells mit dem Aufbau ist an meh­ reren Verbindungsstellen jeweils eine Schraubhülse mit dem Auf­ bau oder dem Fahrgestell verbunden und ein korrespondierender Schraubbolzen ist am jeweils anderen Teil, d. h. am Aufbau oder am Fahrgestell, vorgesehen, wobei der Schraubbolzen in ein In­ nengewinde der Schraubhülse einschraubbar ist. Zur Sicherung des Schraubbolzens am Aufbau oder am Fahrgestell kann noch eine Schraubmutter vorgesehen sein. Bei den Ausführungen der bekann­ ten Verbindungsvorrichtung ragen jeweils die Schraubhülse und der Schraubbolzen einander derart entgegen, daß ein Hülsenschaft der Schraubhülse einem Schraubenschaft des Schraubbolzens entge­ gengerichtet ist. Die Schraubhülse ist hohl gestaltet und weist ein durchgehendes Innengewinde auf, so daß der Schraubenschaft des Schraubbolzens derart durch die Schraubhülse hindurchge­ schraubt werden kann, daß ein freies Ende des Schraubenschaftes zur gegenüberliegenden Seite aus der Schraubhülse herausragt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein zuverlässiges Ablö­ sen des Integralträgers an seinen mittleren Anbindungspunkten unabhängig von der Richtung der auf den Vorbaubereich ausgeübten Aufprallbelastung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die lösbare Verbindung im Bereich des mittleren Anbindungspunktes ein Schraubenelement aufweist, das einen zentralen, mit Werkzeugangriffsflächen ver­ sehenen Kopf aufweist, der mit einer umlaufenden Ringkerbe ver­ sehen ist, die im montierten Zustand exakt in einer Verbin­ dungsebene, in der die zugeordneten Anbindungsflächen von Inte­ gralträger und Längsträger aneinander anliegen, ausgerichtet ist, und daß von gegenüberliegenden Stirnseiten des Kopfes zwei Schraubenschäfte zu entgegengesetzten Seiten koaxial abragen, die mit Aufnahmen an den Anbindungsflächen von Integralträger und Längsträger verschraubbar sind. Dadurch wird ein gezieltes Abscheren und Ausreißen des Schraubenelementes im mittleren An­ bindungspunkt gewährleistet, wobei aufgrund der Ringkerbe eine Richtungsunabhängigkeit gegeben ist, d. h. das Ausreißen erfolgt lediglich abhängig von der Höhe der jeweiligen Belastung, jedoch unabhängig von der Richtung der Belastung. Das Ausreißen und da­ mit das Lösen des Integralträgers erfolgt somit sowohl bei Fron­ tal- als auch bei Seitenaufprallbelastungen oder bei versetzten Aufprallbelastungen. Über die Anbindungsflächen zwischen Inte­ gralträger und Längsträger können auch vertikale Kräfte vom In­ tegralträger aus direkt in die Längsträger und damit in die Roh­ baustruktur eingeleitet werden, was insbesondere bei einem Bord­ steinaufprall von Vorteil ist.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die Ringkerbe auf halber Höhe des zentralen Kopfes vorgesehen. Dadurch sind sowohl oberhalb als auch unterhalb der Ringkerbe jeweils ausreichend große Werk­ zeugangriffsflächen vorgesehen, wodurch auch nach einem Absche­ ren des Schraubenelementes die an dem Längsträger bzw. an dem Integralträger verbliebenen Schraubenelementteile in einfacher Weise abgeschraubt werden können. Dadurch wirkt das maximale An­ zugselement nicht in der Ringkerbe.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der zu der Aufnahme des Integralträgers abragende Schraubenschaft mittels einer Kon­ termutter mit der Aufnahme verbindbar. In weiterer Ausgestaltung weist die Kontermutter einen Torxkopf auf. Der Einsatz einer Kontermutter mit Torxkopf ermöglicht es, den gesamten Integral­ träger mittels vollautomatischer Montageeinrichtungen an die Längsträger anzubinden, da auch im Bereich der übrigen Anbin­ dungspunkte entsprechende Schraubverbindungen mit Torxköpfen vorgesehen sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Aufnahme im Integralträger zum wenigstens teilweisen Aufnehmen des Kopfes eine Vertiefung auf, die wenigstens zu einer Seite offen ist. Dadurch wird verhindert, daß sich Wasser in der Vertiefung an­ staut, was zu Korrosion führen könnte.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Aufnahme im Längsträger ein mit einer den Kopf wenigstens teilweise aufneh­ menden Einbuchtung versehenes Verstärkungsprofil auf, das starr mit dem Längsträger verbunden ist. Durch die Vermeidung einer Einbuchtung direkt in den Untergurt des Längsträgers wird eine Schwächung des Längsträgers im Bereich des mittleren Anbindungs­ punktes vermieden, die eine Schwächung des gesamten Vorbauberei­ ches nach sich ziehen würde und aus sicherheitstechnischen Ge­ sichtspunkten nicht akzeptierbar wäre.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die tragenden Elemente der Verbindungsvorrichtung aus einem Wechselbelastungen und Stöße elastisch aufnehmenden Werkstoff. Dadurch wird die Be­ triebsfestigkeit des Integralträgers verbessert, da durch die Elastizität des Werkstoffes auch extreme Fahrbetriebssituationen einwandfrei aufgenommen werden können. Die Verwendung eines sol­ chen Werkstoffes weist daher insbesondere Vorteile für den Renn­ sportbereich auf.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnungen dargestellt ist.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Vorbauberei­ ches eines Personenkraftwagens, in dem ein Integralträ­ ger mittels einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung am Längsträger angebunden ist, wo­ bei mit durchgezogenen Linien der Vorbaubereich nach ei­ nem Frontalaufprall dargestellt ist,

Fig. 2 in ebenfalls schematischer Darstellung einen Längsträger des Vorbaubereichs nach Fig. 1 ohne einen im Bereich von drei Anbindungspunkten ansetzbaren Integralträger,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung des mittleren Anbin­ dungspunktes im Bereich des Längsträgers,

Fig. 4 eine weitere Schnittdarstellung des mittleren Anbindungs­ punktes ähnlich Fig. 3, wobei auch der Integralträger mit angebunden ist, und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Montage des Inte­ gralträgers an den Längsträger im Bereich des mittleren Anbindungspunktes.

Ein Vorbaubereich eines Personenkraftwagens weist in an sich be­ kannter Weise zwei in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Längs­ träger (1) auf, die Teil einer Rohbaustruktur des Personenkraft­ wagens sind. Von unten an die beiden Längsträger angeschlossen ist ein Integralträger (2) der sich quer über die Fahrzeugbreite erstreckt und zur Aufnahme einer Antriebseinheit und verschiede­ nen Teilen einer Vorderachsanordnung vorgesehen ist. Der Inte­ gralträger (2) ist brückenartig ausgebildet und ist an jeden Längsträger (1) mit Hilfe von drei Anbindungspunkten (3, 4, 5) angebunden, die in Fahrzeuglängsrichtung in Abstand zueinander angeordnet sind. In jedem Anbindungspunkt (3, 4, 5) ist der In­ tegralträger (2) mit Hilfe mehrerer Anbindungselemente mit jedem der beiden Längsträger (1) verschraubt, wobei die Schraubverbin­ dungen im Bereich der vorderen Anbindungspunkte (3) und im Be­ reich der hinteren Anbindungspunkte (5) so gewählt sind, daß die Verbindungen im Bereich dieser Anbindungspunkte (3, 5) auch bei starken Aufprallbelastungen wie einem Frontalaufprall des Perso­ nenkraftwagens aufrecht erhalten bleiben. Lediglich die Schraub­ verbindung im Bereich des mittleren Anbindungspunktes (4) ist so ausgelegt, daß sich der Integralträger (2) bei starken Deforma­ tionen des Vorbaubereiches aufgrund von Aufprallbelastungen, in Fig. 1 aufgrund eines Frontalaufpralls auf eine vertikale Mauer A, von dem zugehörigen Längsträger (1) in Richtung des Pfeiles (4a) löst. Durch das Lösen des mittleren Anbindungspunktes (4) wird verhindert, daß der Integralträger (2) die beiden Längsträ­ ger (1) in Fahrzeuglängsrichtung derart versteift und stabili­ siert, daß bei einem Frontalaufprall keine definierte Deformati­ on des Längsträgers (1) erfolgen kann. Jeder Längsträger (1) weist einen Obergurt (6) und einen Untergurt (7) auf, wobei die entsprechenden Anbindungselemente der Anbindungspunkte (3, 4, 5) zum Untergurt (7) hin ausgerichtet sind.

Um im Bereich der mittleren Anbindungspunkte (4) des Integral­ trägers (2) an jeden Längsträger (1) ein definiertes Abscheren bei bestimmten Aufprallbelastungen unabhängig von der Richtung der Aufprallbelastungen zu gewährleisten, wurde für die mittle­ ren Anbindungspunkte (4) die nachfolgend näher beschriebene Schraubverbindung gewählt. Die Schraubverbindung für jeden mitt­ leren Anbindungspunkt (4) weist ein nachfolgend näher beschrie­ benes Schraubenelement auf, dem im Längsträger (1) eine mit ei­ ner Gewindehülse (10) versehene Aufnahme (9) zugeordnet ist. Die Aufnahme (9) stellt eine Blechkonstruktion dar und ist mittels nicht näher bezeichneter Blechflansche an einer vertikalen Sei­ tenwand des Längsträgers (1) angeschweißt. Die Gewindehülse (10) weist eine vertikale Einschraubachse auf. Im Bereich des Durch­ bruchs durch den Untergurt (7) ist auf den Untergurt (7) zusätz­ lich eine eine Vertiefung aufweisende Verstärkungsplatte (8) aufgeschweißt, um eine Schwächung des Längsträgers (1) in diesem Bereich zu vermeiden. Die Vertiefung in der Verstärkungsplatte (8) ist als runde, topfförmige Eindrückung ausgebildet. Die Auf­ nahme (9) in Verbindung mit der Gewindehülse (10) und der Ver­ stärkungsplatte (8) bildet für den Längsträger (1) im Anbin­ dungspunkt (4) eine Anschraubkonsole.

Das Schraubenelement (11) weist einen zentralen Kopf (14) auf, von dem aus zu gegenüberliegenden Seiten zwei Schraubenschäfte (13, 15) abragen. Ein oberer Schraubenschaft (13) wird in die Gewindehülse (10) der Aufnahme (9) des Längsträgers (1), der un­ tere Schraubenschaft (15) hingegen wird mit dem Aufnahmebereich des Integralträgers (2) verschraubt. Der Kopf (14) weist Werk­ zeugangriffsflächen in Form eines Sechskants auf und ist auf halber Höhe mit einer umlaufenden Ringkerbe (19) versehen, die konzentrisch zur Schraubachse des Schraubenelementes (11) ausge­ richtet ist und in einer Radialebene der Schraubachse angeordnet ist. Durch die Ringkerbe (19) werden ein oberer Schraubenkopf­ teil (17) und ein unterer Schraubenkopfteil (18) gebildet, die jeweils etwa die gleiche axiale Höhe aufweisen.

Die Schraubverbindung zwischen dem Längsträger (1) und dem Inte­ gralträger (2) im Bereich des mittleren Anbindungspunktes (4) ist so gewählt, daß sich im montierten Zustand des Integralträ­ gers (2) die Ringkerbe (19) exakt in der Verbindungsebene (12) von Längsträger (1) und Integralträger (2), d. h. in der Ebene, in der die jeweiligen Anlageflächen von Längsträger (1) und In­ tegralträger (2) flächig aneinander anliegen, befindet. Dadurch stellt diese Ebene auch gleichzeitig die Abscherebene bei einem Lösen der Schraubverbindung dar, da das Schraubenelement (11) bei einem Auftreten von Aufprallbelastungen exakt auf Höhe der Ringkerbe (19) abscheren wird. Die Abmessungen der Ringkerbe (19) in Verbindung mit der Werkstoffauswahl für das Schrau­ benelement (11) sind so gewählt, daß bei Auftreten einer be­ stimmten Belastungshöhe unabhängig von der Richtung, aus der die Aufprallbelastung kommt, ein Abscheren des Schraubenelementes (11) erfolgt.

Damit gewährleistet ist, daß sich die Ringkerbe (19) des Schrau­ benelementes (11) im montierten Zustand von Integralträger (2) und Längsträger (1) exakt auf Höhe der Anlageflächen zwischen Untergurt (7) des Längsträgers (1) und der Integralträger (2) befindet, weist sowohl die auf den Untergurt (7) in Einschraub­ richtung hinter den Durchbruch im Untergurt (7) aufgeschweißte Verstärkungsplatte (8) die nicht näher bezeichnete Vertiefung auf, deren Tiefe der Höhe des Schraubenkopfteiles (17) ent­ spricht. Auch der Aufnahmebereich des Integralträgers (2) weist eine Vertiefung in Form einer Einbuchtung (21) auf, deren Tiefe der Höhe des anderen Schraubenkopfteiles (18) entspricht. Die Einbuchtung (21) ist in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne offen, wie aus Fig. 5 erkennbar ist, um zu verhindern, daß sich Wasser in der Einbuchtung (21) staut, was zu Korrosionen führen könnte.

Zur Montage des Integralträgers (2) im Bereich des mittleren An­ bindungspunktes (4) an den Längsträger (1) wird zunächst das Schraubenelement (11) mittels des oberen Schraubenschaftes (13) in die Gewindehülse (10) der Aufnahme (9) eingeschraubt. Der Durchbruch in dem Untergurt (7) des Längsträgers (1) ist dabei so groß bemessen, daß ein Steckschlüssel (16) auf den Kopf (14) zum Einschrauben des Schraubenelementes (11) aufgesteckt werden kann. Anschließend wird der Integralträger (2) auf Höhe des mittleren Anbindungspunktes (4) positioniert und mittels eines nicht näher bezeichneten Durchtritts in dem Aufnahmebereich auf den unteren Schraubenschaft (15) aufgeschoben, bis der Rand des Durchtritts an der unteren Stirnseite des Kopfes (14) anliegt. Das Pressen der Anlagefläche des Integralträgers (2) gegen die korrespondierende Anlagefläche am Untergurt (7) des Längsträgers erfolgt durch eine Kontermutter (20), die auf den unteren Schraubenschaft (15) aufgeschraubt wird und den Integralträger (2) an dem Schraubenelement (11) und damit am Längsträger (1) sichert. Dadurch werden beim Festschrauben des Integralträgers (2) im Bereich des mittleren Anbindungspunktes (4) an den Längs­ träger (1) keine Torsionskräfte auf das Schraubenelement (11) aufgebracht, die zu einer Beschädigung des Schraubenelementes (11) führen könnten. Denn beim ersten Montageschritt nach Fig. 3 wird der Steckschlüssel (16) über beide Schraubenkopfteile (17, 18) geschoben, so daß zwischen den beiden Schraubenkopfteilen (17, 18) keine relative Torsionsbelastung auftreten kann, die zu einem Abscheren des Kopfes (14) führen könnte. Beim anschließen­ den Aufschrauben der Kontermutter (20) wird der Aufnahmebereich des Integralträgers (2) lediglich axial nach oben gedrückt, so daß auch bei diesem Montageschritt keine Torsionsbelastung auf den unteren Schraubenkopfteil (18) ausgeübt wird. Die Kontermut­ ter (20) nach Fig. 4 weist einen Torxkopf auf, der ein Auf­ schrauben mittels automatischer Montageeinrichtungen ermöglicht. Da die Vorspannung zwischen der als Überwurfmutter ausgebildeten Kontermutter (20), der Wanddicke des Integralträgers (2) und der unteren Fläche des Sechskants (18) stattfindet, wird auch in diesem Anbindungsbereich ein Abwürgen des Schraubenelementes (11) auf Höhe der Ringkerbe vermieden.

Sollte beim Einschrauben des Schraubenelementes (11) mittels des Steckschlüssels (16) versehentlich nur der untere Schraubenkopf­ teil (18) erfaßt worden sein, so wird das Schraubenelement zwar im Bereich der Ringkerbe (19) abscheren. Da der verbleibende Teil des Schraubenelementes (11) in der Aufnahme (9) jedoch auch noch einen Schraubenkopfteil (17) aufweist, der mit Werkzeugan­ griffsflächen versehen ist, kann dieser Schraubenelementteil in einfacher Weise wieder aus der Aufnahme (9) herausgeschraubt und durch ein neues Schraubenelement (11) ersetzt werden.

Die Werkstoffe der verschiedenen Anbindungselemente der zuvor beschriebenen Schraubverbindung können so gewählt werden, daß Wechselbeanspruchungen und Stöße elastisch aufgenommen werden, wodurch die Betriebsfestigkeit der Verbindungsvorrichtung zwi­ schen Integralträger (2) und Längsträgern (1) erhöht wird.

Claims (8)

1. Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Längsträgern eines Vor­ baubereiches eines Personenkraftwagens und einem Integralträger, der für die Aufnahme einer Antriebseinheit und einer Vorderach­ sanordnung vorgesehen ist, wobei der Integralträger an jeden Längsträger mittels drei in Längsrichtung jedes Längsträgers zu­ einander beabstandeten Anbindungspunkten angebunden ist und wo­ bei im Bereich eines mittleren Anbindungspunktes eine bei Auf­ treten einer definierten Aufprallbelastung lösbare Verbindung zwischen Integralträger und Längsträger vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die lösbare Verbindung im Bereich des mittleren Anbindungs­ punktes (4) ein Schraubenelement (11) aufweist, das einen zen­ tralen, mit Werkzeugangriffsflächen versehenen Kopf (14) auf­ weist, der mit einer umlaufenden Ringkerbe (19) versehen ist, die im montierten Zustand exakt in einer Verbindungsebene (12), in der die zugeordneten Anbindungsflächen von Integralträger (2) und Längsträger (1) aneinander anliegen, ausgerichtet ist, und
daß von gegenüberliegenden Stirnseiten des Kopfes (14) zwei Schraubenschäfte (13, 15) zu entgegengesetzten Seiten koaxial abragen, die mit Aufnahmen (9, 10; 21) an den Anbindungsflächen von Integralträger (2) und Längsträger (1) verschraubbar sind.

2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkerbe (19) auf halber Höhe des zentralen Kopfes (14) vorgesehen ist.

3. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zu der Aufnahme (21) des Integralträgers (2) abragende Schraubenschaft (15) mittels einer Kontermutter (20) mit der Aufnahme (21) verbindbar ist.

4. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontermutter (20) einen Torxkopf aufweist.

5. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (21) im Integralträger (2) zum wenigstens teil­ weisen Aufnehmen des Kopfes (14, 18) eine Vertiefung (21) auf­ weist, die wenigstens zu einer Seite offen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (9, 10) im Längsträger ein mit einer den Kopf wenigstens teilweise aufnehmenden Einbuchtung versehenes Ver­ stärkungsprofil (8) aufweist, das starr mit dem Längsträger (1) verbunden ist.

7. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die tragenden Elemente der Verbindungsvorrichtung aus einem Wechselbelastungen und Stöße elastisch aufnehmenden Werkstoff bestehen.

8. Schraubenelement, insbesondere für einen Einsatz in einer Verbindungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem mit Werkzeugangriffsflächen versehenen Kopf, der in einem mittleren Bereich des Schraubenelementes zwischen zwei koaxial zu gegenüberliegenden Seiten von dem Kopf abragenden Schraubenschäften angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (14) mit einer umlaufenden Ringkerbe versehen ist.