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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Unterbau für ein Kraftfahrzeug mit einem wenigstens bereichsweise innendruckverformten Längsträger.
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Aus
DE 2012 006 476 A1 ist ein Unterbau für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ein Längsträger in einem vorderen Abschnitt innendruckverformt ist, um vor der Fahrgastzelle, in Höhe des Motorraums, Konsolen für die Verbindung des Längsträgers mit einem Dämpferdom eines Vorderrades und mit einem Integralträger zu bilden.
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Herkömmlicherweise umfasst ein solcher Längsträger noch einen mittleren Abschnitt, der im Wesentlichen geradlinig die Fahrgastzelle des Fahrzeugs unterquert, und einen hinteren Abschnitt, der sich horizontal in Fahrzeuglängsrichtung entlang eines Stauraums des Fahrzeugs erstreckt. Um eine hintere Achse und Radkästen der hinteren Räder passieren zu können, liegt der hintere Abschnitt im Allgemeinen höher und näher an einer Längsmittelebene des Fahrzeugs als der mittlere Abschnitt, so dass ein Übergangsabschnitt des Längsträgers, der die beiden vorgenannten Abschnitte miteinander verbindet, schräg zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufen muss. Wenn das Fahrzeug in eine Kollision verwickelt ist und der Längsträger hohe Kräfte in Fahrzeuglängsrichtung aufnehmen muss, ist dieser schräge Übergangsabschnitt besonders hoch belastet, und dementsprechend hoch sind die Anforderungen an seine mechanische Stabilität. Für eine hohe Stabilität erforderliche große Wandstärken bringen ein hohes Gewicht des Längsträgers mit sich, was dem Bemühen zuwider läuft, durch Reduzierung des Gesamtfahrzeuggewichts einen kraftstoffsparenden Betrieb zu ermöglichen.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Unterbau für ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei dem ein niedriges Gewicht mit einer ausreichenden Stabilität des Übergangsbereichs vereinbar ist.
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Diese Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zu Folge gelöst durch einen Unterbau für ein Kraftfahrzeug mit einem Längsträger, der in einem Übergangsbereich zwischen einer hinteren Achse und einer Fahrgastzelle als innendruckverformtes erstes Hohlprofil ausgebildet ist.
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Um eine solche Innendruckverformung einfach möglich zu machen, sollte das erste Hohlprofil nach Möglichkeit einteilig extrudiert sein, so dass sein Querschnitt frei von Fügestellen ist, die bei einer Innendruckverformung aufreißen könnten.
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Das Gewicht des Längsträgers kann insbesondere dann wirksam minimiert werden, wenn dieser mehrteilig aus dem ersten Hohlprofil und wenigstens einem an ein vorderes oder hinteres Ende des ersten Hohlprofils angefügten Trägerabschnitt aufgebaut ist. Wenn diese Trägerabschnitte im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufen, sind die Wandstärken, die bei ihnen für eine ausreichende Steifigkeit im Kollisionsfall benötigt werden, geringer als die des ersten Hohlprofils, so dass durch eine abschnittsweise angepasste Wandstärke Gewicht eingespart werden kann.
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Auch ein an das hintere Ende des ersten Hohlprofils angefügter hinterer Trägerabschnitt kann als ein zweites extrudiertes Hohlprofil ausgebildet sein. Da das zweite extrudierte Hohlprofil geradlinig verlaufen kann, ist bei ihm eine Innendruckverformung nicht erforderlich; daher ermöglicht die Unterteilung in erstes und zweites Hohlprofil auch eine Verringerung des Fertigungsaufwands.
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Der hintere Trägerabschnitt kann wenigstens einen Anschlussflansch, insbesondere zur Befestigung eines hinteren Fahrzeugbodens oder eines Radgehäuses, aufweisen, der bereits beim Extrudieren dieses Hohlprofils mit ausgeformt werden kann.
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Weiterhin kann, um Gewicht einzusparen, wenigstens das erste Hohlprofil des Längsträgers aus Leichtmetall wie etwa Aluminium- oder Magnesiumlegierung gefertigt sein.
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Um die Biegebelastungen zu reduzieren, die an einer Verbindung des ersten Hohlprofils mit einem den Längsträger nach vorn verlängernden mittleren Abschnitt auftreten können, kann das erste Hohlprofil bis unter die Fahrgastzelle reichen, so dass ein hinterer Bereich einer Bodenplatte der Fahrgastzelle auf einem vorderen Bereich des ersten Hohlprofils ruht.
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An dem mittleren Abschnitt des Längsträgers ist ein einteilig geschlossener Querschnitt nicht erforderlich; hier können Kosten und Gewicht gespart werden, indem der mittlere Abschnitt durch ein an der Bodenplatte befestigtes U- oder Hutprofil gebildet ist.
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Die Innendruckverformung kann genutzt werden, um an dem ersten Hohlprofil ferner ein Ansatzstück zu formen, an dem ein Querträger befestigt ist.
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Der Querträger kann einteilig extrudiert sein.
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Ein nach oben aufragendes Wandungsteil kann an das Hohlprofil angefügt sein, um einerseits die Biegesteifigkeit des Hohlprofils zu erhöhen und andererseits Teile der Fahrgastzelle wie etwa ein Fersenblech, ein die Fahrgastzelle unterhalb der Rücksitze abschließendes Schließblech oder einen Querträger abzustützen.
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Zur Versteifung des Hohlprofils trägt insbesondere bei, wenn das Wandungsteil einen im Wesentlichen vertikalen Wandabschnitt und einen von dem Wandabschnitt abgewinkelten Flansch umfasst und der Wandabschnitt und der Flansch jeweils an einer Flanke des ersten Hohlprofils befestigt sind.
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Das Wandungsteil kann an dem ersten Hohlprofil laserverschweißt sein, vorzugsweise mittels einer Mehrzahl von voneinander beabstandeten Schweißstellen, deren Abmessungen klein gegenüber der Länge des Hohlprofils sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht, die die Platzierung von Teilen des erfindungsgemäßen Unterbaus in einem Fahrzeug verdeutlicht;
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2 eine perspektivische Ansicht eines ersten Hohlprofils;
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3 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Hohlprofils;
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4 die miteinander verbundenen Hohlprofile aus 2 und 3;
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5 die Baugruppe der 4 mit zusätzlich angefügten vertikalen Wandungsteilen;
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6 einen Unterbau mit zwei Baugruppen gemäß 5, die durch Querträger miteinander verbunden sind; und
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7 einen Schnitt entlang der Ebene VII-VII aus 6; und
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8 einen Schnitt durch einen vorderen Anschlussstutzen des ersten Hohlprofils und dessen Umgebung im Fahrzeug.
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs, in dem ein erfindungsgemäßer Unterbau verwendbar ist. Der im Inneren des Fahrzeugs verborgene Unterbau umfasst zwei Längsträger 1, die sich spiegelbildlich zueinander an der rechten und linken Flanke des Fahrzeugs entlang ziehen und deren Verlauf in 1 durch gestrichelte Linien in einem hinteren Teil des Fahrzeugs verdeutlicht ist. Die Längsträger 1 erstrecken sich über die gesamte Länge des Fahrzeugs, von einem vorderen bis zu einem hinteren Stoßfänger, doch ist ihr Verlauf im vorderen Teil des Fahrzeugs nicht dargestellt, da für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich.
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Der in 1 gezeigte Teil eines der Längsträger 1 gliedert sich in einen hinteren Trägerabschnitt 2, einen Übergangsabschnitt 3 und einen mittleren Trägerabschnitt 4. Der hintere Trägerabschnitt 2 erstreckt sich von einem hinteren Stoßfänger 5 aus im Wesentlichen horizontal nach vorne. Jenseits einer Hinterradachse 6 schließt der Übergangsabschnitt 3 an, der sich unter hinteren Sitzen 7 einer Fahrgastzelle 8 des Fahrzeugs her bis unter eine Bodenplatte 9 der Fahrgastzelle 8 erstreckt. Die Unterseite des Übergangsabschnitts 3 ist nach vorne abschüssig, um einen kontinuierlichen Übergang zwischen den sich auf verschiedenen Niveaus erstreckenden Trägerabschnitten 2, 4 zu bilden. An einer vertikalen Vorderkante des Übergangsabschnitts 3, unterhalb der Vorderkante der hinteren Sitze 7, ist ein Fersenblech 10 montiert.
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Hohlprofil 11, das einen Teil des Übergangsabschnitts 3 bildet. Das Hohlprofil 11 ist aus Leichtmetall, vorzugsweise einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung, gefertigt, indem ein extrudiertes Leichtmetallrohr mit hier rechteckigem oder in etwa rechteckigem Querschnitt mittels eines Innendruckverfahrens wie etwa des Heatform-Verfahrens in die in der Figur gezeigte, geschwungene Form gebracht ist. Durch das Heatforming sind auch Anschlussstutzen 12, 13 am vorderen und hinteren Ende des Rohrs geformt, deren Querschnitt geringfügig kleiner ist als der des dazwischen liegenden Hauptteils des Hohlprofils 11. Ferner ist durch das Heatforming an einer der Längsmittelebene des Fahrzeugs zugewandten inneren vertikalen Flanke 14 nahe am hinteren Anschlussstutzen 13 ein Ansatzstück 15 geformt. Dieses Ansatzstück 15 ist vorgesehen, um darauf einen Querträger aufzustecken, der das in 2 gezeigte Hohlprofil 11 mit einem spiegelbildlich ausgebildeten zweiten Hohlprofil an der gegenüberliegenden Seite der Fahrzeugkarosserie verbindet. Während die Anschlussstutzen 12, 13, der ursprünglichen Rohrform des Hohlprofils 11 geschuldet, an den Enden offen sind, ist das Ansatzstück 15 an seiner dem gegenüberliegenden Hohlprofil zugewandten Stirnseite geschlossen.
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3 zeigt ein zweites Hohlprofil 16, das zum Aufstecken auf den hinteren Anschlussstutzen 13 des Hohlprofils 11 vorgesehen ist. Das Hohlprofil 16 ist gerade und daher durch einfaches Extrudieren, ohne nachfolgende Innendruckverformung, fertigbar. Das Hohlprofil 16 hat hier einen geschlossenen Querschnitt von trapezförmiger Gestalt, in den der Anschlussstutzen 13 eingreift. Von einer inneren vertikalen Flanke 17 dieses Querschnitts steht in etwa mittig ein Anschlussflansch 18 zur Fahrzeugmitte hin ab. Ein zweiter Anschlussflansch 19 von L-förmigem Querschnitt steht von einer Ecke des Hohlprofils 16 ab, an der eine äußere vertikale Flanke 20 und eine entsprechend nach außen ansteigende obere Flanke 21 aufeinander treffen.
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4 zeigt die beiden Hohlprofile 11, 16 im zusammengefügten Zustand. Der Anschlussstutzen 13 greift in das Hohlprofil 16 ein und ist mit diesem durch Schweißpunkte 22 zwischen den einander berührenden vertikalen Flanken 17, 20 des Hohlprofils 16 und des Anschlussstutzens 13 sowie an deren in 4 nicht sichtbaren unteren Flanken verbunden.
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In 5 ist die Baugruppe der 4 um zwei durch Tiefziehen geformte Wandungsteile 23, 24 ergänzt. Die Wandungsteile 23, 24 bilden zusammen mit einem hinteren Teil des Hohlprofils 11 den Übergangsabschnitt 3. Sie umfassen jeweils einen im Wesentlichen vertikalen Wandabschnitt 25 sowie von dessen oberem und unterem Rand in entgegengesetzte Richtungen abgewinkelte Flansche 26, 27. Wie in 7 anhand eines Schnitts durch das Hohlprofil 11 und die Wandungsteile 23, 24 zu erkennen, berühren die Wandabschnitte 25 jeweils in einem unteren Bereich die vertikalen Flanken 14, 28 an Innen- und Außenseite des Hohlprofils 11 und sind an diesen durch kurze Laserschweißnahten 29 befestigt, deren Länge jeweils in der Größenordnung der Querschnittsabmessungen des Hohlprofils 11 liegt. Entsprechende Laserschweißnahten 30 sind zwischen einer unteren Flanke 31 des Hohlprofils 11 und den daran anliegenden unteren Flanschen 26 der Wandungsteile 23, 24 gebildet.
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Die oberen Flansche 27 der Wandungsteile 23, 24 tragen entlang der in 7 gezeigten Schnittebene ein Schließblech 32, das die Fahrgastzelle unterhalb der hinteren Sitze 4 nach unten bzw. zu einem Radkasten eines Hinterrades hin abschließt. An einem äußeren Rand des Schließblechs 32 ist ein Flansch 33 abgewinkelt (siehe auch 6), der zur Befestigung des Schließblechs 32 an dem Radkasten oder einer Außenwand der Karosserie dient.
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Wie insbesondere in 5 zu erkennen, liegt am inneren Wandungsteil 23 ein hinteres Ende des Flansches 27 in etwa in gleicher Höhe mit einer oberen Flanke 34 des Hohlprofils 11 und verlängert den Anschlussflansch 18 des hinteren Hohlprofils 16 bündig nach vorne. Das hintere Ende des Flansches 27 des äußeren Wandungsteils 24 liegt über der oberen Flanke 34, auf gleicher Höhe mit dem Anschlussflansch 19 des Hohlprofils 16, so dass das auf den Flanschen 27 der beiden Wandungsteile 23, 24 abgestützte Schließblech 32 an seinem hinteren Rand, wie in 6 gezeigt, bündig an die obere Flanke 21 des Hohlprofils 16 anschließt. Schweiß- Niet- oder Clinchverbindungen 35 zwischen der oberen Flanke 21 und einem darauf aufliegenden hinteren Rand des Schließblechs 32 ersetzen die an der oberen Flanke 21 nicht vorhandene Verbindung des Hohlprofils 16 zum Hohlprofil 11 und schaffen so die im Verbindungsbereich der Hohlprofile 11, 16 erforderliche Biegesteifigkeit.
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Weitere Niet- oder Clinchverbindungen 42 sind entlang der Flansche 27 über die Schließbleche 32 verteilt.
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An einer oberen vorderen Ecke der Wandabschnitte 25 ist jeweils eine Aussparung 36 gebildet, die vorgesehen ist, um einen Querträger 37 aufzunehmen. Wie in 6 gezeigt, hat der Querträger 37 einen L-ähnlichen Querschnitt, der an Vorder- und Hinterkante entlang abgewinkelter Flansche 38, 39 an den Schließblechen 32 befestigt ist. Im fertig montierten Zustand ist zwischen die beiden Schließbleche 32 noch ein in 6 nicht gezeigtes, die hinteren Sitze 7 unterstützendes Bodenblech eingefügt, das sich vom Flansch 40 wenigstens bis zu dem bereits erwähnten, auf die Ansatzstücke 15 der beiden Hohlprofile 11 aufgesteckten, hier mit 40 bezeichneten, als Extrusionsprofil gefertigten mittleren Querträger oder bis zu einem Stoßfänger-Querträger 41 erstreckt. Zusammen mit den Schließblechen 32 und dem Bodenblech bildet der Querträger 37 ein sich in Karosseriequerrichtung erstreckendes Hohlprofil.
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In der 6 noch unbedeckt dargestellte, im Wesentlichen vertikale Abschnitte der Flansche 27 an einer Vorderkante der Wandabschnitte 25 sind vorgesehen, um daran, vorzugsweise ebenfalls durch Niet- oder Clinchverbindungen, das (in 6 nicht dargestellte) Fersenblech 10 zu befestigen. Die vorderen Enden 43 der Flansche 27, am Fuß des Fersenblechs 10, verlaufen in etwa bündig mit der oberen Flanke 34 der Hohlprofile 11 und reichen bis unter die Bodenplatte 9 der Fahrgastzelle 8 oder einen Überlappungsbereich zwischen der Bodenplatte 9 und dem Fersenbleich 10.
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Die über die Enden 43 der Flansche 27 vorspringenden vorderen Bereiche der Hohlprofile 11 bilden hier jeweils einen Teil des unter der Fahrgastzelle verlaufenden mittleren Trägerabschnitts 4. Die Anschlussstutzen 12 der Hohlprofile 11 greifen erst in einer beträchtlichen Entfernung von mehr als 10 oder 20 cm vom Fersenblech 10 in nach oben offene U- oder Hutprofile 44 ein, die die mittleren Trägerabschnitts 4 nach vorn verlängern. Die Profile 44 sind entlang ihrer Oberkanten an der Bodenplatte 9 verschweißt sind, um zusammen mit dieser einen den Anschlussstutzen 12 fest umschließenden, geschlossenen Querschnitt zu bilden. So ruht die Bodenplatte 9 über eine beträchtliche Breite hinweg auf den Hohlprofilen 11, wodurch die Biegebelastung an den Anschlussstutzen 12 und den sie aufnehmenden Enden der Profile 44 im Vergleich zu einer Verbindung in Höhe des Fersenblechs 10 deutlich verringert ist.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Längsträger
- 2
- hinterer Trägerabschnitt
- 3
- Übergangsabschnitt
- 4
- mittlerer Trägerabschnitt
- 5
- Stoßfänger
- 6
- Hinterradachse
- 7
- hinterer Sitz
- 8
- Fahrgastzelle
- 9
- Bodenplatte
- 10
- Fersenblech
- 11
- Hohlprofil
- 12
- Anschlussstutzen
- 13
- Anschlussstutzen
- 14
- innere vertikale Flanke
- 15
- Ansatzstück
- 16
- Hohlprofil
- 17
- innere vertikale Flanke
- 18
- Anschlussflansch
- 19
- Anschlussflansch
- 20
- äußere vertikale Flanke
- 21
- obere Flanke
- 22
- Schweißpunkt
- 23
- Wandungsteil
- 24
- Wandungsteil
- 25
- Wandabschnitt
- 26
- Flansch
- 27
- Flansch
- 28
- vertikale Flanke
- 29
- Laserschweißnaht
- 30
- Laserschweißnaht
- 31
- untere Flanke
- 32
- Schließblech
- 33
- Flansch
- 34
- obere Flanke
- 35
- Clinchverbindung
- 36
- Aussparung
- 37
- Querträger
- 38
- Flansch
- 39
- Flansch
- 40
- Querträger
- 41
- Stoßfänger-Querträger
- 42
- Clinchverbindung
- 43
- Vorderes Ende
- 44
- Hutprofil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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