DE19606590A1 - Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bis 3. Die für die Unterscheidung der Längsträgerabschnitte verwendeten Begriffe "vorne/hinten" beziehen sich auf eine vordere Tragstruktur, insbesondere eines Personenkraftwagens, ohne sich jedoch hierauf einzuschränken.

Aus der EP 0 561 837 B1 ist eine vordere Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie bekannt, mit beidseitig verlaufenden zweigeteilten Längsträgern und darüber angeordneten Federbeinaufnahmen, die sich über Federbeinträger nach unten hin an den Längsträgern abstützen. Vorderer und hinterer Abschnitt des Längsträgers sind unterschiedlich steif gestaltet, mit dem Ziel, daß bei einem leichten Frontalaufprall nur der vordere Abschnitt des Längsträgers verformt wird, während der hintere Längsträgerabschnitt, an dem sich weitere Rahmenteile und Aggregate befinden, unbeschädigt bleibt. Somit sind die Schäden bei einem Frontalaufprall mit geringerer Aufprallenergie auf den vorderen Karosseriebereich begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Tragstruktur derart weiterzubilden, daß sie unter Umgehung von Gußknotenelementen auch in Blechbauweise hergestellt werden kann. Bevorzugt soll die Tragstruktur in Aluminiumblech herstellbar sein, mit der Möglichkeit einer Umsetzung auch in Stahlblech.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 2 oder 3 gelöst. Allen Lösungen ist gemeinsam, daß zumindest der hintere Abschnitt des Längsträgers jeweils in zwei Schalenhälften längsgeteilt ist, mit dem Vorteil einer reduzierten Ziehtiefe für jede der beiden Schalenhälften. Damit wird der begrenzten Tiefziehfähigkeit von Aluminiumblech Rechnung getragen.

Gemäß Anspruch 1 werden einstückige Schalenhälften für Längs- und Federbeinträger verwendet, das heißt, die Einheit aus hinterem Längsträgerabschnitt und Federbeinträger ist längsgeteilt. Hierdurch ergibt sich ein sehr einfacher zweiteiliger Aufbau mit hoher Steifigkeit.

Gemäß Anspruch 2 ist nur eine der in Anspruch 1 verwendeten Schalenhälften durchgehend, das heißt einstückig bezüglich Längsträgerabschnitt und Federbeinträger, ausgebildet. Die zweite Hälfte des Federbeinträgers wird von einem separaten, dritten Teil dargestellt.

Anspruch 3 schließlich beschreibt die getrennte Ausbildung von hinterem Längs­ trägerabschnitt und Federbeinträger, wobei die beiden Träger jedoch so geformt sind, daß sie formschlüssig ineinandergreifen. Hierdurch ergibt sich eine besonders stabile Verbindung zwischen Längs- und Federbeinträger.

Die in Zusammenhang mit der Erfindung beschriebene "Teilung der Längsträger etwa in Fahrzeuglängsrichtung" schließt selbstverständlich auch Teilungsebenen ein, die abschnittsweise schräg oder geneigt zur Fahrtrichtung verlaufen. Entscheidend ist hierbei die Längsteilung im Gegensatz beispielsweise zu einer Querteilung. Ebenso wird durch die Angabe "der Federbeinträger erstreckt sich nach oben" eine Ausrichtung beispielsweise nach schräg oben hinten nicht ausgeschlossen. Anstelle eines Federbeins kann selbstverständlich auch nur eine Dämpfer- oder nur eine Federeinheit vorgesehen sein.

Anspruch 4 beschreibt eine einfache Verbindungstechnik zwischen den einzelnen Schalenhälften, durch die vielerlei Querschnittsformen hergestellt werden können. Die abstehenden Flansche erhöhen zudem die Steifigkeit in Flanschrichtung.

Die Profile, aus denen der Federbeinträger gemäß Anspruch 5 im wesentlichen besteht, sind vorzugsweise aus zwei Halbschalen zusammengesetzt, wie unter Anspruch 1 und 2 beschrieben. Insbesondere bei Hohlprofilen mit großem tragenden Querschnitt ergibt sich ein hohes Flächenträgheitsmoment mit entsprechend hoher Steifigkeit. Hierdurch kann die Blechdicke des Federbeinträgers reduziert werden, wodurch sich eine Gewichtseinsparung ergibt.

Durch die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 wird eine Erhöhung der Steifigkeit des Federbeinträgers erreicht. Das Verbindungselement ist vorzugs­ weise so zu gestalten, daß es gleichzeitig der Aufnahme des Federbeines dient. Das Verbindungselement kann zweischalig ausgeführt werden, vorzugsweise als Bestandteil der jeweiligen Hälften, aus denen sich der Federbeinträger zusammensetzt.

Durch die Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 7 wird eine besonders einfa­ che und sichere Verbindungstechnik zwischen dem Federbeinträger und dem hinteren Längsträgerabschnitt erreicht. Zusätzlich zum Formschluß werden die beiden Träger beispielsweise durch Verschweißung miteinander verbunden. Die beiden Profile des Federbeinträgers können jeweils einen eigenen oder auch einen gemeinsamen Befestigungsfuß aufweisen.

Zwar ist es aus der JP 2-162583 A grundsätzlich bekannt, als Motorträger ein schienenartiges Strangprofil zu verwenden, auf das ein Federbeinträger und weitere Befestigungselemente aufgeschoben werden können. Eine individuelle Gestaltung des Längsträgers und eine Zweiteilung desselben ist in der JP-A jedoch nicht vorgesehen. Außerdem ist der Federbeinträger als Gußknotenelement ausgebildet.

Durch die Verwendung von Strangprofilen für den vorderen Abschnitt des Längsträgers (Anspruch 8) ergeben sich niedrige Herstellkosten. Da der vordere Abschnitt des Längsträgers in der Regel geradlinig verläuft, kann das Strangprofil direkt ohne weitere Formgebungsschritte verwendet werden. Darüber hinaus zeichnen sich Strangprofile durch ein reproduzierbares Verformungsverhalten aus.

Die über ihre Längserstreckung gleichförmigen Strangprofile eigenen sich in besonderer Weise für eine formschlüssige Verbindung (Anspruch 9). Aufeinander abgestimmte Querschnitte von Strangprofil und Blechschalenbauteil ermöglichen in kostengünstiger Weise eine die Steifigkeit erhöhende Formschlußverbindung, beispielsweise eine Steckverbindung (Anspruch 10).

Der Anschlag nach Anspruch 11 erleichtert bei der Montage die Einhaltung von Fertigungstoleranzen in Fahrzeuglängsrichtung. Wesentlicher ist in diesem Zusammenhang jedoch die Aufgabe, die einer derartigen Einsteckbegrenzung bei einem Fahrzeugcrash zukommt, indem sie ein Ineinanderschieben von vorderem und hinterem Längsträgerabschnitt verhindert.

Zusätzliche, in der Regel ringförmige Führungselemente (Anspruch 12), die entweder in den Innenquerschnitt des hinteren Längsträgerabschnitts eingesetzt oder an seinem Außenumfang aufgesetzt sind, entbinden von der Notwendigkeit, den hinteren, aus Blechen zusammengesetzten Längsträgerabschnitt maßgenau mit nur geringen Toleranzen herzustellen.

Durch die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 13 wird eine Abstützung des Längsträgers gegenüber dem vorderen Türpfosten (A-Säule) erreicht, wodurch das Abknicken des hinteren Längsträgerabschnittes bei einem Fahrzeugcrash verhin­ dert wird. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Erhöhung der Steifigkeit der vor­ deren Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie. Ein derartiger Stützträger ist an sich bereits aus der EP 0 517 867 B1 bekannt und dort mit der Bezugszahl 9 bezeich­ net. In der EP-B1 ist der Stützträger jedoch in besonderer Weise so gestaltet, daß er im Fall eines Fahrzeugcrashs in definierter Weise ausknickt, um keine allzu großen Kräfte auf ein Knotenelement im Bereich der A-Säule des Fahrzeugs zu übertragen.

Durch die zusätzliche Abstützung des Stützträgers am vorderen Abschnittes des Längsträgers gemäß Anspruch 14 wird eine Erhöhung der Steifigkeit der Tragstruk­ tur gegenüber Frontalkräften erreicht. Durch diese Ausbildung wird der mögliche Deformationsweg jedoch geringfügig verkleinert. Außerdem ergeben sich etwas höhere Reparaturkosten.

Durch die Anbindung des Radhausträgers an den Federbeinträger (Anspruch 15) wird insgesamt eine sehr steife Tragstruktur erreicht, insbesondere dann, wenn der Radhausträger zusätzlich noch mit der A-Säule verbunden ist.

Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend in der Zeichnung näher dargestellt und erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen vorderen Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittverlaufslinie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittverlaufslinie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 die Schnittdarstellung einer weiteren möglichen Querschnittsform

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Federbeinträgers im Bereich der Feder­ beinanbindung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 8 einen zusammengesetzten Längsträger im Längsschnitt,

Fig. 9 eine erfindungsgemäße Tragstruktur mit einem zusätzlichen Stützträger und

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform des Gegenstands von Fig. 9, mit einem zusätzlichen Radhausträger.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Tragstruktur. Die Fig. 2 bis 11 veranschaulichen mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind hierbei mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.

Die erfindungsgemäße Tragstruktur an der vorderen rechten Seite eines Personenkraftwagens setzt sich aus einem Längsträger 1 (Motorträger) sowie einem Federbeinträger 2 zusammen. Der Längsträger 1 ist in einen vorderen und einen hinteren Abschnitt 1a bzw. 1b unterteilt. Der Federbeinträger 2 erstreckt sich, ausgehend vom Längsträger 1, zunächst vertikal nach oben und ist in seinem weiteren Verlauf schräg einwärts Richtung Fahrzeugmitte gebogen. Der hintere Abschnitt 1b des Längsträgers 1 setzt sich aus einer äußeren und einer inneren Schalenhälfte 4 bzw. 5 zusammen. Die Teilungsebene zwischen den beiden Schalenhälften 4 und 5 ist mit E bezeichnet und verläuft etwa in Fahrzeuglängs­ richtung 3. Der Federbeinträger 2 besteht im wesentlichen aus zwei in Fahrtrichtung 3 hintereinander angeordneten Profilen 6 bzw. 7. Vorderes und hinteres Profil 6 bzw. 7 sind durch ein Verbindungselement 8 miteinander verbunden. Ein mit 9 bezeichnetes Versteifungsblech ist nur symbolisch dargestellt, ebenso wie das vom Träger 2 aufzunehmende Federbein 30 nur mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist. Der vordere Längsträgerabschnitt 1a ist vorzugsweise als Strangprofil ausgebildet. Der hintere Längsträgerabschnitt 1b sowie die Profile 6 und 7 des Federbeinträgers werden von Blechbauteilen gebildet, vorzugsweise von Aluminiumblechen.

Fig. 2 zeigt ein erstes Beispiel zur Realisierung der Erfindung. Hinterer Längsträgerabschnitt 1b und Federbeinträger 2 werden von durchgehenden Schalenhälften 4 und 5 gebildet. Die beiden Schalenhälften 4 und 5 stoßen entlang der Trennebenen E aneinander, die sich im Bereich des Federbeinträgers 2 nach oben innen krümmt. Die Schalenhälften 4 und 5 sind über abstehende Verbindungsflansche 10 miteinander verbunden. Ein Versteifungsblech 11 reduziert die Knickneigung des hinteren Längsträgers 1b und erhöht die Steifigkeit des Federbeinträgers 2.

Die Fig. 3 bis 6 stellen mögliche Ausführungsformen des Federbeinträgers 2 dar, wobei die Profile 6 und 7 als Hohlprofile ausgebildet sind.

Die Profile 6 und 7 werden beispielsweise von einer U-förmigen Halbschale 12 und einem Streifenblech 13 (Fig. 3) oder von zwei Halbschalen 12 und 14 gebildet (Fig. 4). Fig. 5 zeigt die Möglichkeit, die Profile 6 und 7 aus zwei streifenförmigen Blechen 15 und dazwischenliegenden U-förmigen Stegen 16 zusammenzusetzen. Selbstverständlich können auch offene Profile gebildet werden.

In Fig. 6 ist ein Verbindungselement 8 dargestellt, das die beiden Hohlprofile 6 und 7 verbindet und im Bereich der Anbindung des nicht dargestellten Federbeins 30 eine bogenförmige Begrenzung 17 entsprechend der Kontur des Federbeines 30 aufweist.

Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Tragstruktur. Auch hier wird der hintere Längsträgerabschnitt 1b von zwei Schalenhälften 4 und 5 gebildet. Im Unterschied zu Fig. 2 wird der Federbeinträger 2 jedoch von zwei einzelnen Profilen 6 und 7 gebildet, die auf einen gleichförmigen Befestigungsabschnitt 18 am vorderen Endbereich des hinteren Längsträgerabschnittes 1b aufgesteckt werden können. Zur Verbindung mit dem Längsträgerabschnitt 1b weisen die Profile 6 und 7 jeweils einen Befestigungsfuß 19 mit rechteckförmigen Öffnungen 20 auf.

Im Längsschnitt der Fig. 8 ist eine der Schalenhälften 5 des Längsträgerabschnitts 1b mit ihren Verbindungsflanschen 10 gezeigt. Die Bezugszahl 21 symbolisiert Nieten, Schweißpunkte oder dergleichen zur Verbindung der beiden Schalenhälften 4 und 5. In das innere des Längsträgerabschnitts 1b ist ein Führungselement 22 eingesetzt. Das Führungselement 22 ist als Rechteckprofil ausgebildet und besitzt eine Innenkontur, die der Außenkontur des vorderen Längsträgerabschnittes 1a entspricht. Zur Einhaltung einer vorgegebenen Einstecktiefe t ist im Endbereich des Führungselementes 22 ein Anschlag 23 mit geringer Längenerstreckung vorgesehen, der entlang der Schweißnaht 24 mit dem Führungselement 22 verbunden ist. Alternativ kann der Anschlag 23 auch von einem quer zur Fahrtrichtung 3 verlaufenden Anschlagblech dargestellt werden.

Fig. 9 zeigt eine vordere Tragstruktur mit einem zusätzlichen Stützträger 26, der die beiden Hohlprofile 6 und 7 des Federbeinträgers 2 mit der A-Säule (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs verbindet. Der Stützträger 26 durchsetzt die beiden Profile 6 und 7 und folgt in seiner weiteren Kontur der nicht dargestellten hinteren Radhausschale (gebogener Bereich 27) sowie dem A-Säulen-Innenblech.

Fig. 10 zeigt eine Variante eines Stützträgers 26, der sich mit seinem vorderen Endabschnitt 28 bis auf den vorderen Längsträgerabschnitt 1a erstreckt. Durch die große Länge des Stützträgers 26 ergibt sich ein kleinerer Winkel zwischen dem Stützträger 26 und dem Längsträger 1 mit günstigerem Kraftfluß bei einem Fahrzeugcrash. Ein zusätzlicher Radhausträger 29, der ebenfalls als Hohlprofil ausgebildet ist, ist oberseitig auf die Endabschnitte der Profile 6 und 7 aufgesetzt. Eine besonders steife Verbindung wird dann erreicht, wenn die Profile 6 und 7 den Radhausträger 29 formschlüssig einbinden.

Die Federbeinträger 2 sind möglichst nahe an der Stirnwand des Kraftfahrzeuges anzuordnen, um einen möglichst großen Deformationsbereich am vorderen Längsträgerabschnitt 1a zu erzielen.

Claims (15)

1. Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges, mit je einem Längsträger und einem Federbeinträger zu beiden Seiten des Fahrzeugs, wobei der Längsträger in einen vorderen und einen hinteren Abschnitt unterteilt ist und der Federbeinträger sich vom Längsträger ausgehend nach oben erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Abschnitt (1a) des Längsträgers (1) und der Federbeinträger (2) im wesentlichen von zwei etwa in Fahrzeuglängsrichtung (3) geteilten Schalenhälften (4, 5) gebildet werden.

2. Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges, mit je einem Längsträger und einem Federbeinträger zu beiden Seiten des Fahrzeugs, wobei der Längsträger in einen vorderen und einen hinteren Abschnitt unterteilt ist und der Federbeinträger sich vom Längsträger ausgehend nach oben erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Abschnitt des Längsträgers aus zwei etwa in Fahrzeuglängsrichtung geteilten Schalenhälften besteht, wobei eine der Schalenhälften einstückig mit einer Hälfte des Federbeinträgers ausgebildet ist, während die andere Hälfte des Federbeinträgers von einem weiteren Schalenbauteil gebildet wird.

3. Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges, mit je einem Längsträger und einem Federbeinträger zu beiden Seiten des Fahrzeugs, wobei der Längsträger in einen vorderen und einen hinteren Abschnitt unterteilt ist und der Federbeinträger sich vom Längsträger ausgehend nach oben erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Abschnitt (1b) des Längsträgers (1)

• - aus zwei etwa in Fahrzeuglängsrichtung (3) geteilten Schalenhälften (4, 5) besteht und
• - einen Befestigungsabschnitt (18) zur formschlüssigen Aufnahme des Federbeinträgers (2) aufweist.

4. Tragstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenhälften (4, 5) des hinteren Abschnitts (1b) des Längsträgers (1) und/oder die Hälften (12, 13; 14; 15) des Federbeinträgers (2) entlang von nach außen abstehenden Flanschen (10) miteinander verbunden sind.

5. Tragstruktur nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbeinträger (2) im wesentlichen aus wenigstens zwei etwa vertikal verlaufenden, in Fahrzeuglängsrichtung (3) hintereinander angeordneten Profilen (6, 7) besteht.

6. Tragstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile (6, 7) des Federbeinträgers (2) zumindest im Bereich der Anbindung des Federbeins über ein etwa in Fahrzeuglängsrichtung (3) verlaufendes Verbindungselement (8) miteinander verbunden sind.

7. Tragstruktur nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Profile (6, 7) des Federbeinträgers (2) jeweils einen bzw. einen gemeinsamen Befestigungsfuß (19) aufweisen, mit dem sie auf den Befestigungsabschnitt (18) des hinteren Längsträgerabschnitts (1b) aufgeschoben werden können.

8. Tragstruktur nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt (1a) des Längsträgers (1) von einem Strangprofil gebildet wird.

9. Tragstruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vorderer und hinterer Abschnitt (1a, 1b) des Längsträgers (1) so ausgebildet sind, daß sie formschlüssig ineinandergrei­ fen.

10. Tragstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte des Längsträgers (1a, 1b) in Fahrzeuglängsrichtung (3) ineinander einsteckbar sind.

11. Tragstruktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der beiden Abschnitte des Längsträgers (1a, 1b) eine Einsteckbegrenzung (23) vorgesehen ist, die in Fahrzeuglängsrichtung (3) hohe Kräfte aufnehmen kann.

12. Tragstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Abschnitt des Längsträgers (1b) im Verbindungsbereich mit dem vorderen Abschnitt (1a) mit einem auf den Querschnitt des vorderen Abschnitts (1a) abgestimmten Führungselement (22) versehen ist.

13. Vordere Tragstruktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stützträger (26) vorgesehen ist, der den Federbeinträger (2) mit dem Bereich des vorderen Türpfostens des Kraftfahrzeuges verbindet.

14. Vordere Tragstruktur nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Stützträger (26) zusätzlich am vorde­ ren Abschnitt (1a) des Längsträgers (1) abstützt.

15. Tragstruktur nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Radhausträger (29) vorgesehen ist, der mit dem oberen Endabschnitt des Federbeinträgers (2) verbunden ist.