DE4139292A1 - Tragstruktur einer karosserie eines personenkraftwagens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte Tragstruktur einer Karosserie eines Personen­ kraftwagens enthält im Vorderwagen vordere, beidseitig verlau­ fende Längsträger mit darüber angeordneten Federbeinaufnah­ men, die nach unten hin auf die Längsträger abgestützt sind.

Übliche selbsttragende Fahrzeugkarosserien für Personenkraft­ wagen sind, einschließlich der Tragstruktur, aus Blechteilen hergestellt. Träger mit Hohlprofilen werden dabei jeweils aus wenigstens zwei tiefgezogenen und miteinander verschweißten Blechen hergestellt. Auch die Federbeinaufnahmen sind aus Blechteilen hergestellt, dergestalt, daß sie in die Glocken­ struktur tiefgezogener Radhäuser eingebettet sind. Diese Rad­ häuser bestehen aus offenen Blechschalen, die nach unten am Längsträger abgestützt und mit diesem verbunden sind, so daß zumeist nur eine einwandige, flächige Verbindung zwischen Federbeinaufnahme und senkrecht darunter liegendem Längsträ­ ger besteht. Der Kraftfluß wird dabei über die Flächenteile als Schubwände geleitet.

Im Bereich vor den Federbeinaufnahmen ist bei bekannten Trag­ strukturen an den Längsträgern ein Hilfsrahmen als Aggregate­ träger mit vorderen Anschraubpunkten befestigt. Die erforder­ liche Steifigkeit der Tragstruktur im Bereich der Federbein­ aufnahmen und eine stabile Abstützung des Hilfsrahmens an den Längsträgern an den vorderen Hilfsrahmenanschraubpunkten ist bei der vorstehenden Konstruktion, insbesondere für den Crash­ fall, nur durch aufwendige Verstärkungsmaßnahmen erreichbar.

Die zum Aufbau solcher selbsttragenden Karosserien verwende­ ten Stahlbleche werden im Tiefziehverfahren verformt. Die Preßwerkzeuge zum Verformen der Bleche sind verhältnismäßig teuer, lassen jedoch hohe Stückzahlen zu, so daß für eine Großserienfertigung damit eine kostengünstige Lösung zur Ver­ fügung steht. Aufgrund der hohen Werkzeuginvestitionen gestal­ tet sich das beschriebene Verfahren für Kleinserien jedoch sehr kostenintensiv.

Es ist daher insbesondere für Kleinserien bekannt (EP 01 46 716 B1), Fahrzeugkarosserien für Personenkraftwagen mit einer Tragstruktur aus Hohlprofilen herzustellen, welche durch Kno­ tenelemente miteinander verbunden sind. Die Hohlprofile sind dabei als Leichtmetall-Strangprofile und die Knotenelemente als Leichtmetall-Gußteile ausgebildet. Neben einer kostengün­ stigeren Lösung für Kleinserien werden mit einer solchen Kon­ struktion vorteilhaft auch geringere Karosseriegewichte und Verbesserungen beim Korrosionsschutz erreicht.

In der konkret beschriebenen Ausführungsform nach diesem Stand der Technik ist die Federbeinaufnahme und deren Abstüt­ zung auf den zugeordneten Längsträger aus Blechteilen aufge­ baut, entsprechend dem konventionellen Aufbau der eingangs be­ schriebenen, selbsttragenden Fahrzeugkarosserie, so daß die dort erläuterten Besonderheiten auch hier auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Tragstruk­ tur einer Karosserie eines Personenkraftwagens so weiterzubil­ den, daß eine steifere Abstützung bei einem günstigeren Kraft­ verlauf für die Federbeinaufnahme mit kostengünstigen und ein­ fachen Mitteln erreicht wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Nach Anspruch 1 ist jeweils zwischen einem Längsträger und einer Federbeinaufnahme ein Abstützungsträger angeordnet, der von einer Stelle, die am Längsträger vor der Federbeinaufnah­ me liegt, schräg nach oben zur Federbeinaufnahme verläuft. Dieser Abstützungsträger ist mit dem Längsträger und der Federbeinaufnahme verbunden, so daß ein Kräftedreieck aus Längsträger, Abstützungsträger und Abstützung der Federbein­ aufnahme nach unten zum Längsträger gebildet ist. Der damit geschaffene Trägerverbund stützt den Längsträger und die Federbeinaufnahme steif und stabil ab und schließt das vorbe­ schriebene Kräftedreieck.

Vorteilhaft wird die Federbeinaufnahme im oberen Bereich über einen weiteren Träger (Federbeinträger) mit dem Türpfosten verbunden. Bei einem Frontaufprall erfolgt damit die Kraftein­ leitung in den Längsträger; durch den Abstützungsträger wird die Kraft aufgeteilt, einerseits zur Federbeinaufnahme und über deren Anbindung an den Türpfosten zum Zellen-Dachbereich hin und andererseits weiter über den Längsträger zum Schwel­ ler und Bodenbereich hin. Durch diese Kraftaufteilung ist ein verbessertes Crashverhalten erreichbar.

Wenn die Anbindung des Abstützungsträgers zu weit vorne am Längsträger gewählt wird, ist die Tragfunktion dieses Trägers für die Federbeinaufnahme nur gering und die Kraftübertragung auf die Federbeinaufnahme durch den spitzen Winkel zwischen Längsträger und Abstützungsträger ggfs. zu groß und das Defor­ mationsverhalten des Vorderwagens zu steif. Andererseits ist bei einer Anbindung des Abstützungsträgers am Längsträger nur kurz vor der Federbeinaufnahme zwar die Tragfunktion für die Federaufnahme groß, eine Kraftaufteilung und eine zusätzliche Abstützung des Längsträgers sind aber nur noch gering. Nach Anspruch 2 ist es daher zweckmäßig, wenn der Abstützungsträ­ ger mit dem Längsträger etwa einen Winkel von 45° ein­ schließt.

In einem vorderen Bereich der Längsträger vor den Federbein­ aufnahmen ist üblicherweise ein Hilfsrahmen als Aggregateträ­ ger an vorderen Hilfsrahmenanschraubpunkten befestigt. Vor­ teilhaft ist dort nach Anspruch 3 der Abstützungsträger mit seinem vorderen Ende angebracht, so daß eine steife Abstüt­ zung des vorderen Hilfsrahmenbefestigungspunktes erreicht wird.

In einer Ausführungsform nach Anspruch 4 ist der Abstützungs­ träger als Gußteil mit einem offenen Querschnitt und Verstär­ kungsrippen ausgebildet. Ein solches Gußteil kann mit Durch­ setzungen, Wandstärkeanpassungen und Rippen konstruktiv so ausgelegt werden, daß es die Anforderungen an die Steifigkeit und an das Crashverhalten erfüllt. Zudem kann am Fußpunkt des Gußteils bzw. am Anbindungspunkt des Abstützungsträgers mit dem Längsträger der jeweilige Hilfsrahmenbefestigungspunkt mit integriert werden.

Nach Anspruch 5 sind die Längsträger jeweils aus zwei hinter­ einanderliegenden und miteinander verbundenen Längsträgertei­ len aufgebaut. Das erste Längsträgerteil hat dabei ein be­ stimmtes, erstes Querschnittsprofil und ist insgesamt mit ge­ ringerer Steifigkeit gegenüber dem zweiten Längsträgerteil, das ein zweites Querschnittsprofil aufweist, dimensioniert. Einem solchen, an sich bekannten Längsträgeraufbau liegt der Gedanke zugrunde, daß bei einem Frontalaufprall mit geringe­ rer Aufprallenergie nur der vordere, erste Längsträgerteil verformt wird, während der nach hinten anschließende, zweite Längsträgerteil mit weiteren, angeschlossenen Rahmenteilen und Aggregaten unverformt bleibt. Die Schäden bei einem Fron­ talaufprall mit geringerer Aufprallenergie sind dadurch auf den vorderen Bereich der Karosserie begrenzt, so daß die Fahr­ gastzelle geschützt ist und bei einer Reparatur in der Trag­ struktur nur jeweils der vordere, erste Längsträgerteil ausge­ wechselt werden muß. Die Verbindung dieser Längsträgerteile erfolgt zweckmäßig durch angrenzende Trägerenden formschlüs­ sig übergreifende Schalenhälften, die miteinander verschweißt sind. An einer solchen Schalenhälfte, die als Gußteil ausge­ führt ist, wird nach Anspruch 5 vorteilhaft ein Abstützungs­ träger mit angeformt, so daß dieser nicht eigens befestigt werden muß. Zudem kann an einer Schalenhälfte auch der vorde­ re Hilfsrahmenbefestigungspunkt integriert sein.

In einer anderen Ausführungsform nach Anspruch 6 ist der Ab­ stützungsträger als Strangprofil mit einem geschlossenen Hohl­ profilquerschnitt ausgebildet. Ein solcher Abstützungsträger ist preiswert herzustellen und kann durch konstruktive Ausbil­ dung des Profils über die Wandstärke und den Profilquer­ schnitt an die Anforderungen hinsichtlich der Steifigkeit und des Crashverhaltens angepaßt werden.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 wird vorgeschlagen, anstel­ le der üblichen, einwandigen Abstützungen der Federbeinaufnah­ me nach unten zum Längsträger diese Abstützung mit einem ge­ schlossenen Hohlprofil als Federbeinaufnahmeträger auszufüh­ ren. Ein solcher geschlossener Profilquerschnitt weist gegen­ über einer offenen Blechschale eine wesentlich höhere Steifig­ keit auf und kann im Crashfall mit Energie aufnehmen, wodurch die Tragfunktion und das Crashverhalten verbessert werden.

Zweckmäßig wird die Konstruktion nach Anspruch 8 so ausge­ führt, daß der Federbeinaufnahmeträger in seiner Querschnitts­ breite auf den darunterliegenden Längsträger aufgesetzt ist, wobei die Querschnittsbreite der Breite des Längsträgers ent­ spricht.

Ein solcher Federbeinaufnahmeträger mit geschlossenem Hohlpro­ fil kann nach Anspruch 9 in konventioneller Bauweise durch Blechschalenteile gebildet sein. Es kann jedoch auch ein Guß­ teil oder ein Strangprofilteil verwendet werden, wodurch bei entsprechender Dimensionierung die Steifigkeit weiter verbes­ sert wird.

Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Trägeranordnung in der Tragstruktur einer Karosserie mit Leichtmetall-Strangpro­ filen und Leichtmetall-Knotenelementen ist es nach Anspruch 10 vorteilhaft, auch die erfindungsgemäßen Träger und/oder die Federbeinaufnahme als Leichtmetall-Strangprofile bzw. Leichtmetall-Gußteile herzustellen.

Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung mit weiteren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht der Tragstruktur im vorderen Be­ reich einer Karosserie,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Tragstruktur nach Fig. 1 (ohne Federbeinaufnahme),

Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht im Bereich der Feder­ beinaufnahme mit einem Abstützungsträger als Gußteil und

Fig. 4 eine vergrößerte, perspektivische Ansicht im Bereich der Federbeinaufnahme mit einem Abstützungsträger als Strangprofilteil.

In Fig. 1 ist die Tragstruktur 1 im vorderen Bereich einer Karosserie 2 eines Personenkraftwagens in einer Seitenansicht dargestellt. Die Tragstruktur 1 besteht aus einem Längsträger 3, einem Verbindungselement 4 zu einem Schweller 5, einer Federbeinaufnahme 6 und einer vorderen Türsäule 7.

Der Längsträger 3 besteht aus zwei Längsträgerteilen 8 und 9, wobei beide Längsträgerteile 8 und 9 als Aluminium-Strangpro­ file ausgebildet sind und der vordere Längsträgerteil 8 gegen­ über dem anschließenden Längsträgerteil 9 leichter deformier­ bar ist.

Die Federbeinaufnahme 6 ist über einen Federbeinaufnahmeträ­ ger 10 etwa senkrecht nach unten auf das Längsträgerteil 9 ab­ gestützt. Zudem ist ein etwa im Winkel von 45° schräg verlau­ fender Abstützungsträger 11 vorgesehen, der zusätzlich die Federbeinaufnahme 6 nach vorne auf die Verbindung zwischen dem vorderen Längsträgerteil 8 und dem anschließenden Längs­ trägerteil 9 abstützt. Im einzelnen wird diese Anordnung im Zusammenhang mit der vergrößerten Ansicht nach Fig. 3 er­ läutert.

Die Federbeinaufnahme 6 ist zudem über einen weiteren Träger als Federbeinträger 12 mit einem Knotenelement 13 an der Tür­ säule 7 verbunden, wo auch ein vorderer, seitlicher Rahmenträ­ ger 14 der Dachkonstruktion angeschlossen ist.

In Fig. 2 ist die Tragstruktur 1 aus Fig. 1 in einer Drauf­ sicht dargestellt (ohne Federbeinaufnahmen 6). Es sind auch hier wieder die Längsträger 3 bestehend aus den Längsträger­ teilen 8 und 9 zu erkennen, die über die Verbindungselemente 4 mit den seitlichen Schwellern 5 verbunden sind. Weiter sind die schräg verlaufenden Abstützungsträger 11 eingezeichnet.

In Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht einer ersten Aus­ führungsform entsprechend der Fig. 1 gezeigt mit dem Längsträ­ ger 3 bestehend aus den Längsträgerteilen 8 und 9, der Feder­ beinaufnahme 6, dem Federbeinaufnahmeträger 10 und dem Abstüt­ zungsträger 11.

Die Verbindung zwischen den Längsträgerteilen 8 und 9 ist über ein oder mehrere Schalenteile durchgeführt, von denen eine Schalenhälfte 15 in Fig. 3 zu ersehen ist. Diese Schalen­ teile umgeben formschlüssig die beiden aneinandergrenzenden Trägerenden der Längsträgerteile 8 und 9 und sind untereinan­ der und mit den Trägerenden verschweißt. Die Schalenteile sind als Gußteile ausgeführt, wobei an der Schalenhälfte 15 der Abstützungsträger 11 ebenfalls als Gußteil angeformt ist. Der Träger 11 weist in dieser Ausführung ein offenes Profil mit Verstärkungsrippen 16 auf. An der Unterseite der Schalen­ hälfte 15 ist zudem ein vorderer Hilfsrahmenbefestigungspunkt 17 mit in das Gußteil integriert.

Der Federbeinaufnahmeträger 10 umfaßt ebenfalls ein geschlos­ senes Hohlprofil 18, das in seinem unteren Bereich der Breite des Längsträgerteils 9 angepaßt und auf diesen aufgesetzt ist.

In einer alternativen Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Längsträger 3 wiederum aus Längsträgerteilen 8 und 9 zusammen­ gesetzt und die Federbeinaufnahme 6 über einen Federbeinauf­ nahmeträger 10 mit einem Hohlprofil 18 auf dem Längsträger­ teil 9 abgestützt. Der schräg verlaufende Abstützungsträger 11 ist jedoch hier als Aluminium-Strangprofil mit durchgehend gleichem Querschnitt ausgeführt. Die Längsträgerteile 8 und 9 sind hier über eine Steck- und Schweißverbindung 19 miteinan­ der verbunden, wobei auch hier im Bereich dieser Verbindung ein Hilfsrahmenbefestigungspunkt 17 vorgesehen sein kann.

Mit der beschriebenen Anordnung unter Verwendung des schräg verlaufenden Abstützungsträgers 11 und des Federbeinaufnahme­ trägers 10 mit dem Hohlprofil 18 wird eine stabile und steife Tragstruktur im Bereich der Federbeinaufnahme 6 erhalten.

Zudem wird bei einem Frontcrash eine günstige Krafteinleitung erhalten, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist. Die Krafteinleitung erfolgt hierbei in den Längsträger 3 über den vorderen Längs­ trägerteil 8, der als Rohr ausgeführt ist und ein Energieauf­ nahmeelement darstellt. Am Übergang zum Längsträgerteil 9 er­ folgt eine Kraftaufteilung zum einen zur Federbeinaufnahme 6, die bevorzugt als Gußteil ausgeführt ist und über den Feder­ beinträger 12, der bevorzugt als Strangprofil ausgeführt ist, zum Zellendachbereich und zum andern über den Längsträgerteil 9 zum Bodenaufbau der Karosserie. Die Querschnitts- und Stei­ figkeitsverhältnisse sind so abgestimmt, daß ein abgestuftes Deformationsverhalten eintritt, das heißt bei niederer Ge­ schwindigkeit tritt eine Verformung der vorderen Längsträger­ teile auf, bei höheren Crashgeschwindigkeiten setzt sich die Verformung weiter nach hinten fort.

Claims (10)

1. Tragstruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens,
mit vorderen, beidseitig verlaufenden Längsträgern,
mit vorderen Federbeinaufnahmen, die oberhalb der Längs­ träger angeordnet sind und die nach unten auf die Längs­ träger abgestützt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeweils zwischen Längsträger (3) und Federbeinauf­ nahme (6) ein Abstützungsträger (11) angeordnet ist, der von einer Stelle, die am Längsträger (3) vor der Feder­ beinaufnahme (6) liegt, schräg nach oben zur Federbeinauf­ nahme (6) verläuft und der mit dem Längsträger (3) und der Federbeinaufnahme (6) verbunden ist, so daß ein ge­ schlossenes Kräftedreieck aus Längsträger (3), Abstüt­ zungsträger (11) und Abstützung (10) der Federbeinauf­ nahme (6) nach unten zum Längsträger (3) gebildet ist.

2. Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützungsträger (11) mit dem Längsträger (3) einen Winkel von etwa 45° einschließt.

3. Tragstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Abstützungsträger (11) mit dem Längsträger (3) im Bereich der Anbindung eines Hilfsrahmens für Aggre­ gate bzw. dessen vorderen Hilfsrahmenanschraubpunktes (17) verbunden ist.

4. Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützungsträger (11) einen offe­ nen Querschnitt, bevorzugt mit Verstärkungsrippen (16), aufweist und als Gußteil ausgebildet ist.

5. Tragstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsträger (3) aus zwei hintereinander liegenden Längsträgerteilen (8, 9) aufgebaut ist, die durch Schalen­ hälften (15) als Gußteile miteinander verbunden sind,
daß an einer Schalenhälfte (15) der Abstützungsträger (11) angeformt ist und
daß der Hilfsrahmenbefestigungspunkt (17) mit integriert ist.

6. Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützungsträger (11) einen ge­ schlossenen Hohlprofilquerschnitt aufweist und als Strang­ profil ausgebildet ist.

7. Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung der Federbeinaufnahme etwa vertikal nach unten zum Längsträger (3) als Feder­ beinaufnahmeträger (10) mit einem geschlossenen Hohlpro­ fil (18) ausgebildet ist.

8. Tragstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbeinaufnahmeträger (10) in seiner Querschnitts­ breite der Breite des Längsträgers (3) entspricht.

9. Tragstruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Federbeinaufnahmeträger (10) durch Blechschalenteile oder ein Strangprofil oder ein Gußteil gebildet ist.

10. Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (Längsträger 3, Abstüt­ zungsträger 11, Federbeinaufnahmeträger 10) und/oder die Federbeinaufnahme (6) aus Leichtmetall hergestellt sind.