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Die
Erfindung betrifft ein Rahmenelement für einen Kraftwagen
sowie eine Befestigungsanordnung eines derartigen Rahmenelements
an einer Kraftwagenkarosserie der in den Oberbegriffen der Patentansprüche
1 bzw. 12 angegebenen Art.
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Ein
derartiges Rahmenelement ist beispielsweise bereits aus der
DE 92 07 011 U1 als
bekannt zu entnehmen, welches dort als so genannte Domstrebe ausgebildet
ist, über welche zwei einander am jeweiligen Ende des Kraftwagens
zugeordnete Federbeindome zur Aufnahme von Feder-Dämpfer-Elementen
miteinander zu verbinden sind. Das Rahmenelement bzw. die Domstrebe
kann dabei sowohl in einem Innenbereich – beispielsweise
der Fahrgastzelle oder dem Kofferraum – wie auch in einem
Außenbereich – beispielsweise im Motorraum – des Kraftwagens
angeordnet sein. Dabei dient das Rahmenelement zur Aussteifung der
Kraftwagenkarosserie, um die insbesondere im Fahrbetrieb über
die Feder-Dämpfer-Elemente in die Federbeindome eingeleiteten
Fahrwerkskräfte auf verbesserte Weise aufnehmen zu können.
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Als
nachteilig bei dem bekannten Rahmenelement ist der Umstand anzusehen,
dass dieses relativ aufwändig gestaltet und dementsprechend
kostenintensiv in seiner Herstellung ist. Darüber hinaus muss
das bekannte Rahmenelement entsprechend massiv und dementsprechend
schwer ausgebildet sein, um eine hinreichende Aussteifung der Kraftwagenkarosserie
zu erreichen. Ist das Rahmenelement darüber hinaus im Außenbereich
der Kraftwagenkarosserie angeordnet, in welchem dieses nicht nur Feuchtigkeit
beispielsweise in Form von Spritzwasser oder Streusalz ausgesetzt
ist, sondern gegebenenfalls auch mit Steinschlag beaufschlagt wird,
so ergibt sich die zusätzliche Problematik einer erhöhten
Korrosionsgefahr.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Rahmenelement sowie
dessen Befestigungsanordnung an einer Kraftwagenkarosserie der eingangs
genannten Art zu schaffen, mit welcher sich eine baulich einfachere
und im Hinblick auf den Lebenszyklus des Kraftwagens kostengünstigere
Aussteifung der Kraftwagenkarosserie realisieren lässt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Rahmenelement
sowie durch dessen Befestigungsanordnung an einer Kraftwagenkarosserie
mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 12 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und
nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen beschrieben.
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Das
Rahmenelement nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass
dieses als Magnesiumbauteil, und insbesondere als Magnesium-Gussbauteil
ausgebildet ist. Ein derartiges Magnesiumbauteil hat zunächst
insbesondere den Vorteil, dass dieses gegenüber einem vergleichbaren
konventionellen Rahmenelement lediglich die Hälfte wiegt
und sich dementsprechend günstig auf das Gesamtgewicht
der Kraftwagenkarosserie bzw. des Kraftwagens auswirkt. Ein weiterer
Vorteil von Magnesium-Gussbauteilen gegenüber konventionellen
Rahmenelementen, welche beispielsweise als Schweißkonstruktion
aus mehreren Einzelrahmenelementen zusammengesetzt sind, besteht
darin, dass ein Magnesium-Gussbauteil in optimaler Weise an die
auftretenden Kräfte angepasst werden kann. Während
bei Schweißkonstruktionen dementsprechend mit gleich bleibenden
Profilquerschnitten operiert werden muss, kann ein Magnesium-Gussbauteil äußerst
einfach an die innerhalb des Rahmenelements vorliegenden Kräfte
bzw. Momente angepasst werden. So ist es insbesondere möglich,
an hoch belasteten Stellen eine Vergrößerung des
Querschnitts des Rahmenelements bzw. von dessen Gusswänden
vorzunehmen, um die entsprechend höheren Kräfte
in diesem Bereich des Rahmenelements aufnehmen zu können.
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Ein
weiterer Vorteil eines als Magnesium-Gussbauteil ausgebildeten Rahmenelements
ist darin zu sehen, dass dieses auf einfache Weise mit Befestigungsflanschen
oder Befestigungskonsolen zur Festlegung an der Kraftwagenkarosserie
versehen werden kann. Im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik
bekannten Rahmenelementen, welche hierzu überwiegend angeschweißte
Halteelemente bzw. Konsolen benötigen, kann somit eine deutlich
vereinfachte Herstellung des Rahmenbauteils geschaffen werden.
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Das
erfindungsgemäße Magnesiumbauteil eignet sich
darüber hinaus besonders gut, um im Außenbereich
des Kraftwagens angeordnet zu werden, wo dieses erfahrungsgemäß Feuchtigkeit
insbesondere in Form von Spritzwasser, Streusalz oder Steinschlag
ausgesetzt wird. Dabei zeichnet sich das erfindungsgemäße
Magnesiumbauteil insbesondere durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit
aus, so dass auch über den Lebenszyklus des Kraftwagens kein
Austausch des Rahmenelements erforderlich wird.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft
gezeigt, das Rahmenelement als sich über die gesamte Länge
der tragenden Karosserieteile einstückig erstreckendes
Bauteil auszubilden. Ein derartiges Bauteil kann besonders einfach
und kostengünstig insbesondere in einem Gussverfahren,
insbesondere einem Druckgussverfahren hergestellt werden. Dabei
ist zudem vorteilhaft, dass äußerst wenige Nachbearbeitungsschritte nach
dem Gießen des Magnesium-Gussbauteils erforderlich sind,
bevor dieses an der Kraftwagenkarosserie festgelegt werden kann.
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Eine
besonders steife Festlegung des Rahmenelements lässt sich
darüber hinaus erreichen, wenn dieses zwei Befestigungsbereiche
umfasst, welche über einen Strebenbereich miteinander verbunden
sind. Die Befestigungsbereiche können dabei bevorzugt als
quer zu dem Strebenbereich verlaufende Trägerelemente ausgebildet
sein, so dass das Rahmenelement insgesamt H-förmig ausgebildet
ist. Durch die als Trägerelemente ausgebildeten Befestigungsbereiche
lässt sich somit eine großformatige Anbindung
des Rahmenelements an die tragenden Karosserieteile der Kraftwagenkarosserie schaffen.
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Ein
besonders steifes und dennoch überaus leichtes Rahmenelement
lässt sich realisieren, indem die Befestigungsbereiche
und/oder der Strebenbereich im Querschnitt im Wesentlichen schalenförmig bzw.
U-förmig ausgebildet sind.
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Sind
an die Befestigungsbereiche einteilig angeformte Befestigungsflansche
vorgesehen, so lassen sich auf besonders einfache Weise im Gussverfahren
herstellbare Befestigungsmöglichkeiten schaffen, über
welche das Rahmenelement an den tragenden Karosserieteilen festzulegen
ist.
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Insbesondere
bei der H-förmigen Ausgestaltung des Rahmenelements hat
es sich in einer weiteren Ausführungsform als vorteilhaft
gezeigt, wenn die Befestigungsflansche nahe der jeweiligen Enden
der Befestigungsbereiche angeordnet sind. Hierdurch kann eine besonders
großformatige Anbindung der Befestigungsbereiche bzw. des
Rahmenelements insgesamt an den zugeordneten tragenden Karosserieteilen
der Kraftwagenkarosserie erreicht werden.
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Ein
besonders steifes Rahmenelement kann darüber hinaus geschaffen
werden, wenn die Befestigungsbereiche und/oder der Strebenbereich
mit einer Mehrzahl von Rippen versehen sind. Die Rippen haben darüber
hinaus den Vorteil, dass sie in ihrer Dicke und Orientierung in
optimaler Weise an den Kraft- und Momentenverlauf innerhalb des
Rahmenelements angepasst werden können.
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Ist
das Rahmenelement mit einem kathodischen Tauchlack und einer anschließenden
Pulverbeschichtung versehen, so kann dieses auf besonders zuverlässige
Weise vor Korrosion, welche beispielsweise im Außenbereich
der Kraftwagenkarosserie durch Spritzwasser, Streusalz oder Steinschlag entstehen
kann, geschützt.
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Ein
weiterer besonderer Vorteil des als Magnesium-Gussbauteil hergestellten
Rahmenelements besteht darin, dass auf einfache Weise zusätzliche Befestigungsflansche
oder -konsolen insbesondere einteilig angeformt werden können,
an welchen Fahrwerksteile, Motorteile, Aggregatteile oder dergleichen
festgelegt werden können. Somit ist auf einfache Weise
möglich, dem Rahmenelement neben der Aussteifung der Kraftwagenkarosserie
eine weitere Funktion zuzuordnen, beispielsweise die Halterung von
entsprechend diesem Bereich positionierten Bauteilen.
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Die
erfindungsgemäße Befestigungsanordnung des Rahmenelements
gemäß der Erfindung an der Kraftwagenkarosserie
zeichnet sich insbesondere durch die bereits beschriebenen Vorteile
aus.
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Darüber
hinaus lässt sich eine besonders vorteilhafte Befestigungsanordnung
dadurch realisieren, dass zwei Längsträgeranordnungen
einer Vorbau- oder Heckstruktur über das Rahmenelement miteinander
verbunden sind. Hierbei kann das Rahmenelement insbesondere die
Funktion einer Domstrebe übernehmen, welche vom Fahrwerk über
die Feder-Dämpfer- Elemente in die Kraftwagenkarosserie
eingeleitete Kräfte aufzunehmen vermag.
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Eine
besonders vorteilhafte Aussteifung der Vorbau- oder Heckstruktur
kann dabei erzielt werden, indem das Rahmenelement in einer Höhe
zwischen zwei Längsträgerebenen verläuft,
wobei die Befestigungsbereiche des Rahmenelements an sich in Fahrzeughochrichtung
zwischen den Längsträgerebenen erstreckenden Stützträgern
befestigt sind. Mit anderen Worten können hierdurch auf
einfache Weise die Längsträger von verschiedenen
Längsträgerebenen über ein Rahmenelement
ausgesteift werden, welches auf Höhe zwischen den beiden
Längsträgerebenen verläuft.
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Schließlich
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Rahmenelement über
Dehnelemente, und insbesondere über Dehnschrauben mit den
tragenden Karosserieteilen – beispielsweise den Längsträgern
der Vorbau- oder Heckstruktur – verbunden ist. Derartige
Dehnelemente bzw. Dehnschrauben zeichnen sich insbesondere dadurch
aus, dass sie temperaturabhängige Setzprozesse des Rahmenelements – beispielsweise
im Bereich der Befestigungsflansche – ausgleichen können.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen; Diese zeigen in:
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1 eine
schematische Perspektivansicht auf eine ausschnittsweise dargestellte
Heckstruktur einer Kraftwagenkarosserie, welche im Wesentlichen seitlich
eines im Bereich der Heckstruktur angeordneten, nicht dargestellten
Motors des Kraftwagens in zwei Längsträgerebenen
verlaufende Längsträger umfasst, welche jeweils
einander zugehörig über seitliche Stützträger
miteinander verbunden sind, wobei die aus den jeweils seitlich einander
zugeordneten Längsträgern und Stützträgern
gebildeten seitlichen Längsträgeranordnungen über
ein Rahmenelement zur Aussteifung der Kraftwagenkarosserie miteinander
verbunden sind;
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2 eine
schematische, seitliche Perspektivansicht auf die Heckstruktur der
Kraftwagenkarosserie gemäß 1, wobei
an den oberen Längsträgern Feder-Dämpfer-Elemente
des Fahrwerks angelenkt sind, de ren statische und dynamische Kräfte
in Fahrzeugquerrichtung unter anderem durch das Rahmenelement aufgenommen
werden;
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3 eine
perspektivische Draufsicht auf das sich zwischen den seitlichen
Längsträgeranordnungen erstreckende Rahmenelement
gemäß den 1 und 2,
welches als Magnesium-Gussbauteil ausgebildet ist; und in
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4 eine
perspektivische Unteransicht auf das Rahmenelement gemäß 3,
wobei insbesondere dessen im Querschnitt im Wesentlichen schalenförmige
bzw. U-förmige Kontur erkennbar ist, welche mittels von
Gussrippen ausgesteift ist.
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In 1 ist
in einer schematischen Perspektivansicht ausschnittsweise eine Heckstruktur 10 einer
Kraftwagenkarosserie 12 dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist dabei ein nicht dargestellter Motor des Kraftwagens im Bereich
der Heckstruktur 10 angeordnet. Zwei seitliche Längsträgeranordnungen 14 der
Heckstruktur 10, welche außenseitig des nicht
dargestellten Motors des Kraftwagens verlaufen, umfassen jeweils
in einer unteren Längsträgerebene 16 verlaufende
seitliche Längsträger 18 sowie in einer
oberen Längsträgerebene 20 verlaufende
obere Längsträger 22, welche vorliegend
mehrteilig aus Trägerprofilen und Knotenelementen zusammengefügt
sind. Die einander seitlich zugeordneten jeweiligen unteren und
oberen Längsträger 18, 22 jeder
der beiden seitlichen Längsträgeranordnungen 14 sind über
jeweilige Stützträger 24, 26 miteinander
verbunden, welche in Fahrzeughochrichtung verlaufen. Dabei sind
die Stützträger 24, 26 ebenfalls
aus Profilträgern gebildet, welche über Knotenelemente
mit den zugehörigen oberen und unteren Längsträgern 18, 22 verbunden
sind. Die beiden unteren Längsträger 18 sind über
zwei in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Querträger 28, 30 ebenfalls – unter
Vermittlung von jeweiligen Knotenelementen – miteinander
verbunden. Im Bereich der unteren Längsträger 18 sind
darüber hinaus Aufnahmekonsolen 32 erkennbar,
an welchen der nicht gezeigte Motor gegenüber den beiden
Längsträgeranordnungen 14 festgelegt
werden kann. Neben den zwei erkennbaren Aufnahmekonsolen 32 sind
zwei weitere, in 1 nicht erkennbare Lagerpunkte
vorgesehen, an welchen ein milder Motor verbundenes, ebenfalls nicht
dargestelltes, Getriebe im hinteren Bereich der Heckstruktur 10 festgelegt
werden kann.
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Weiterhin
ist aus 1 eine hintere Hecktrennwand 34 ausschnittsweise
erkennbar, an welcher die beiden seitlichen Längsträgeranordnungen 14 bzw.
deren jeweilige untere und obere Längsträger 18, 22 abgestützt
bzw. befestigt sind. Insbesondere die unteren Längsträger 18 verlaufen
dabei über einen erheblichen Längenbereich unterhalb
einer sich an die Hecktrennwand 34 nach vorne hin anschließenden
Fahrgastzelle bzw. deren Wagenboden 36.
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Insgesamt
ist somit aus 1 erkennbar, dass die Heckstruktur 2 jeweils
untere und obere Längsträger 18, 22 umfassende
Längsträgeranordnungen 14 aufweist, welche über
die beiden Querträger 28, 30 zu einem – in
Fahrzeugquerrichtung betrachtet – im Wesentlichen U-förmigen
Rahmenwerk zusammengefügt sind. Um nun eine hinreichende Aussteifung
der Kraftwagenkarosserie 12 bzw. deren Heckstruktur 10 erreichen
zu können, ist auf einer Höhe zwischen der unteren
und oberen Längsträgerebene 16, 20,
welche durch die jeweiligen unteren bzw. oberen Längsträger 18, 22 gebildet
werden, ein Rahmenelement 38 vorgesehen. Dieses Rahmenelement 38 erstreckt
sich vorliegend sowohl in Fahrzeugquerrichtung wie auch in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet
im Wesentlichen horizontal. Zur Verbindung der tragenden Karosserieteile
bzw. der beiden seitlichen Längsträgeranordnungen 14 umfasst
das Rahmenelement 38 zwei Befestigungsbereiche 40, 42,
welche vorliegend spiegelsymmetrisch formidentisch ausgebildet sind.
Die beiden Befestigungsbereiche 40, 42 sind über
einen Strebenbereich 44 miteinander verbunden, welche sich
im Wesentlichen quer zu diesen bzw. in Fahrzeugquerrichtung erstreckt. Mit
anderen Worten sind die beiden Befestigungsbereiche 40, 42 als
quer zu dem Strebenbereich 44 bzw. in Fahrzeuglängsrichtung
und parallel zu jeweils zugehörigen Längsträgeranordnung 14 verlaufende Trägerelemente
ausgebildet.
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Insbesondere
Zusammenschau mit 2, welche in einer perspektivischen
und ausschnittsweisen Seitenansicht die Heckstruktur 10 gemäß 1 darstellt,
wird erkennbar, dass die beiden Befestigungsbereiche 40, 42 jeweils
Befestigungsflansche 46 am vorderen Ende des Rahmenelements 38 und Befestigungsflansche 48 am
hinteren Ende des Rahmenelements 38 aufweisen. Da das Rahmenelement 38 vorliegend
insgesamt als Magnesium-Gussteil, und vorzugsweise als Magnesium-Druckgussbauteil ausgebildet
ist, sind die Befestigungsflansche 46, 48 einteilig
an die zugehörigen Befestigungsbereiche angeformt. Weiterhin
ist aus 2 erkennbar, dass jeweilige
Feder-Dämpfer-Elemente 50 an den jeweils zugehörigen
oberen Längsträ gern 22 über
Lagerböcke 52 schwenkbar gehalten sind. Das in
einem Höhenabstand unterhalb der oberen Längsträger 22 – an
den Stützträgern 24, 26 befestigte – Rahmenelement 38 werden
somit die insbesondere im Fahrbetrieb über die Feder-Dämpfer-Elemente 50 eingeleiteten
Fahrwerkskräfte aufgenommen bzw. die Heckstruktur 10 der
Kraftwagenkarosserie 12 ausgesteift. Darüber hinaus
dient das Rahmenelement 38 zur kastenförmigen
Aussteifung des U-förmigen Rahmenwerks, welche durch die
beiden seitlichen Längsträgeranordnungen 14 und
die diese verbindenden Querträger 28, 30 gebildet
wird.
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In
Zusammenschau mit den 3 und 4, welche
in einer perspektivischen Draufsicht bzw. Unteransicht das separate
Rahmenelement 38 zeigen, wird insbesondere erkennbar, dass
dieses in seiner Grundform im Wesentlichen H-förmig ausgebildet
ist. Weiterhin ist erkennbar, dass sowohl die beiden Befestigungsbereiche 40, 42 wie
auch der diese verbindende Strebenbereich 44 allesamt im Querschnitt
im Wesentlichen schalenförmig bzw. U-förmig ausgebildet
sind. Dabei ist in der Einbaulage des Rahmenelements 38 dessen
obere Breitseite geschlossen ausgebildet, während seine
untere Breitseite offen ist. Insgesamt ist somit gewährleistet, dass
das Rahmenelement 38 auf besonders vorteilhafte Weise als
Magnesium-Druckgussbauteil hergestellt werden kann. Aus 4 ist
erkennbar, dass sowohl die beiden Befestigungsbereiche 40, 42 wie auch
der Strebenbereich 44 durch eine Mehrzahl von Gussrippen 54 ausgesteift
sind. Die Gussrippen 54 erstrecken sich dabei vorzugsweise
parallel zu den seitlichen Stirnwänden 56, 58 der
Befestigungsbereiche 40, 42 bzw. der Strebenbereich 44.
Die Befestigungsflansche 46, 48 am vorderen bzw.
hinteren Ende ragen vorliegend sowohl nach oben wie auch nach unten
hin vom Rahmenelement 38 ab. Sie sind mit entsprechenden
Durchgangsöffnungen versehen, so dass das Rahmenelement 38 auf
im weiteren noch beschriebener Weise mit den jeweils korrespondierenden
Längsträgeranordnungen 14 bzw. den Stützträgern 24, 26 verschraubt
werden können.
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Am Übergang
zum jeweiligen Befestigungsbereich 40, 42 weist
der Strebenbereich 44 einen im Querschnitt jeweils vergrößerten
Verstärkungsbereich 60 auf, welcher vorliegend
im Wesentlichen dreiecksförmig ausgebildet ist. Hierdurch
wird gewährleistet, dass die Befestigungsbereiche 40, 42 insbesondere
in Fahrzeugquerrichtung besonders steif gegenüber dem erstrebten
Bereich 44 abgestützt sind. Neben den Befestigungsflanschen 46, 48 zur
Festlegung des Rahmenelements 38 an der Heckstruktur 10 sind
weitere Befestigungskonsolen 62 vorgesehen, über
welche ein Fahrwerksteil, ein Motorteil, ein Aggregatteil oder dergleichen
mit dem Rahmenelement 38 verbunden werden kann.
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Insbesondere
aus 1 ist schließlich erkennbar, dass das
Rahmenelement 38 über eine Mehrzahl von Dehnschrauben 64 an
den Stützträgern 24, 26 festgelegt
ist. Derartige Dehnschrauben 64 zeichnen sich insbesondere
dadurch aus, dass auch bei temperaturbedingten Setzvorgängen
im Bereich der Befestigungsflansche 46, 48 bzw.
innerhalb der Befestigungsbereiche 40, 42 und
des Strebenbereichs 44 eine sichere und zuverlässige
Festlegung des Rahmenelements 38 an der Heckstruktur 10 sichergestellt
ist. Da das Rahmenelement 38 vorliegend im Außenbereich
der Kraftwagenkarosserie 12 angeordnet ist und demgemäß mit
Feuchtigkeit in Form von Spritzwasser, mit Streusalz oder mit Steinschlag
beaufschlagt wird, hat sich insbesondere dessen Ausgestaltung als
korrosionsbeständiges Magnesium-Druckgussbauteil als vorteilhaft
gezeigt.
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Das
Rahmenelement 38 wird vorliegend bereits vor der kathodischen
Tauchlackierung an der Kraftwagenkarosserie 12 festgelegt,
so dass dieses ebenfalls mit einem kathodischen Tauchlack überzogen
ist. Im Anschluss an die kathodische Tauchlackierung ist vorliegend
eine Pulverbeschichtung des Rahmenelements 38 vorgenommen
worden. Durch die Tauchlackierung und die anschließende
Pulverbeschichtung des Rahmenelements 38 wird insbesondere
sichergestellt, dass im Bereich der Befestigungsflansche 46, 48 – also
im Bereich zu den benachbarten tragenden Karosserieteilen – keine
Korrosion entstehen kann.
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Als
im Rahmen der Erfindung mit umfasst ist es zu betrachten, dass das
Magnesiumbauteil auch aus Einzelblechen aus einer Magnesiumlegierung zusammengesetzt
sein kann. Andersartige Gestaltungen des Rahmenelements 38 aus
einem Magnesiumwerkstoff sind ebenfalls denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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