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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kraftfahrzeugrahmen und
insbesondere Kraftfahrzeug-Gitterrahmen,
die unter Verwendung von hydrogeformten Elementen konstruiert sind.
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Hintergrund
der Erfindung
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Das
Hydroformen von röhrenförmigen Elementen
wird in steigendem Maße
bei der Konstruktion von Fahrzeugrahmen verwendet, da das Hydroformen
von röhrenförmigen Elementen
den Kraftfahrzeugherstellern viele kommerzielle Vorteile bietet. Die
Verwendung des Hydroformens von röhrenförmigen Elementen ermöglicht den
Herstellern, die Rahmensteifigkeit, die Abmessungsstabilität, die Ermüdungslebensdauer
sowie die Fahrzeug-Crashfestigkeit gegenüber früheren Fahrzeugentwürfen besser zu
steuern, während
Masse und Kosten des Rahmens verringert werden.
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Das
Hydroformen ist ein Metallformungsprozess, bei dem Hochdruckfluid
verwendet wird, um einen röhrenförmigen Metallzuschnitt
in Übereinstimmung
mit den Oberflächen
eines Gesenkhohlraums einer Gesenkanordnung nach außen auszudehnen, um
ein unregelmäßig geformtes
röhrenförmiges Teil zu
bilden. Hydrogeformte Elemente können
im Vergleich mit anderen Verfahren zum Bilden von Teilen mit einer
großen
Anzahl von Geometrien versehen werden. Jedes hydroge formte Rahmenelement
kann so konstruiert sein, dass es eine Querschnittkonfiguration
besitzt, die sich über
seine Länge
kontinuierlich zu der gewünschten
Konfiguration ändert,
und jedes Rahmenelement kann so konstruiert sein, dass es sich über seine
Länge krümmt oder "biegt", um unterschiedliche
Rahmenteile zu definieren, wie etwa Rahmenseitenholme und Rahmensäulen. Ein
Beispiel eines hydrogeformten Gitterrahmens, der in der Technik
allgemein bekannt ist, ist im US-Patent
Nr. 6.092.865, das an Jackel u.a. erteilt wurde, enthalten.
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In
Abhängigkeit
von den speziellen Umständen
können
bestimmte "scharfe" Biegungen infolge von
bestimmten Raumeinschränkungen
bei bestimmten Kraftfahrzeugentwürfen
nicht vorteilhaft oder unmöglich
sein. Gitterrahmen sind käfigähnliche Strukturen,
an denen andere Fahrzeugkomponenten, die den Motor, den Antriebsstrang,
die Aufhängung
sowie anzubringende Fahrzeugkarosserieteile enthalten, montiert
werden können.
Röhrenförmige hydrogeformte
Gitterrahmen können
bei der Konstruktion von verhältnismäßig großen Fahrzeugen, wie
etwa sportliche Nutzfahrzeuge und größere Limousinen und Lastwagen,
verwendet werden. Bei Fahrzeugen mit verhältnismäßig größeren Rahmen ergeben sich aus
Winkeleinschränkungen
an der Konstruktion von röhrenförmigen hydrogeformten Elementen
im allgemeinen wenige Probleme. Der eingeschränkte Raum, der bei einigen
Kraftfahrzeugen zur Verfügung
steht, wie etwa Kompaktfahrzeuge oder andere Fahrzeuge mit kleinerem
Rahmen, können
jedoch die Verwendung von hydrogeformten Gitterrahmen einschränken. Das
gilt insbesondere dann, wenn das Kraftfahrzeug vorbestimmte innere und äußere Konfigurationen
besitzt und der Rahmen zwischen diese beiden eingepasst werden muss.
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Es
besteht ein Bedarf an einem Fahrzeug-Gitterrahmen, der die Vorteile der röhrenförmigen hydroge formten
Konstruktion bei Fahrzeugen mit kleinerem Rahmen mit beschränktem Rahmenraum
schaffen kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Um
den oben angegebenen Bedarf zu erfüllen, schafft die vorliegende
Erfindung einen Gitterrahmen für
ein Kraftfahrzeug; der ein Paar hydrogeformter longitudinal verlaufender
unterer Längsträgerelemente
und ein Paar röhrenförmiger hydrogeformter oberer
longitudinaler Elemente umfasst. Jedes der oberen longitudinalen
Elemente umfasst einen hinteren säulenbildenden Abschnitt und
einen holmbildenden Abschnitt, wobei jeder der säulenbildenden Abschnitte mit
einem Ende eines entsprechenden der unteren Längsträgerelemente gekoppelt ist und
sich von diesem nach oben erstreckt, um eine hinterste Säule des
Kraftfahrzeugs zu definieren, und wobei jeder der holmbildenden
Abschnitte sich von dem säulenbildenden
Abschnitt nach vorn erstreckt, um einen Dachstützholm des Kraftfahrzeugs zu
definieren. Der Gitterrahmen umfasst des weiteren ein Paar vorderster
Säulengruppen,
wovon jede mit einem entsprechenden des Paares unterer Längsträgerelemente gekoppelt
ist und sich von diesem nach oben erstreckt und mit einem entsprechenden
der oberen longitudinalen Elemente gekoppelt ist, und wobei jede
der vordersten Säulengruppen
aus gestanztem Metallblech gebildet ist. Eine sich quer erstreckende Verbindungsstruktur
ist zwischen dem Paar unterer Längsträgerelemente
angebracht und ist so konstruiert und angeordnet, dass sie das Paar
unterer Längsträgerelemente
in einer seitlich beabstandeten gegenseitigen Beziehung hält.
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Die
Erfindung schafft des weiteren einen Gitterrahmen für ein Kraftfahrzeug,
der ein Paar röhrenförmiger hydrogeformter,
sich longitudinal erstreckender unterer Längsträgerelemente und ein Paar röhrenförmiger hydroge formter
oberer longitudinaler Elemente aufweist. Jedes der oberen longitudinalen Elemente
umfasst einen hinteren säulenbildenden Abschnitt
und einen holmbildenden Abschnitt, wobei jeder säulenbildende Abschnitt mit
einem Ende eines entsprechenden der unteren Längsträgerelemente gekoppelt ist und
sich von diesem nach oben erstreckt, um eine hinterste Säule des
Kraftfahrzeugs zu definieren, und wobei jeder der holmbildenden
Abschnitte sich von dem hinteren säulenbildenden Abschnitt nach
vorn erstreckt, um einen Dachstützholm des
Kraftfahrzeugs zu definieren. Der Gitterrahmen umfasst des weiteren
ein Paar Säulenstützstrukturen,
von denen jede eine Stanzblechkonstruktion ist und mit einem entsprechenden
unteren Längsträgerelement
an dem Ort, an dem die vorderste Säulenstruktur unterstützt ist,
verbunden ist. Der Gitterrahmen umfasst außerdem ein Paar vorderster
Säulenstrukturen,
von denen jede an einem unteren Ende mit einer zugeordneten Säulenstützstruktur
und an einem oberen Ende mit einem zugeordneten oberen longitudinalen
Element gekoppelt ist. Eine sich quer erstreckende Verbindungsstruktur
ist zwischen dem Paar unterer Längsträgerelemente
angebracht und ist so konstruiert und angeordnet, dass sie das Paar unterer
Längsträgerelemente
in einer seitlich beabstandeten gegenseitigen Beziehung hält.
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Weitere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
aus der folgenden genauen Beschreibung, der beigefügten Zeichnung
und den beigefügten
Ansprüchen
deutlich.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Die 1 bis 4 zeigen
verschiedene Stufen der Montage eines beispielhaften Fahrzeugs, die
eine Ausführungsform
der Erfindung veranschaulichen, wobei die 1 bis 4 insbesondere
die Montage eines Gitterrahmens des Fahrzeugs sowie verschiedene
Karosserietafeln, die an dem Gitterrahmen angebracht sind, zeigen:
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1 veranschaulicht
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit einer separat dargestellten unteren
Rahmenbaueinheit des Gitterrahmens.
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2 zeigt
die untere Rahmenbaueinheit der 1, wobei
verschiedene Karosserietafeln daran befestigt sind.
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3 zeigt
die Rahmenbaueinheit der 2 mit einer daran angebrachten
oberen Rahmenbaueinheit.
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4 zeigt
den Gitterrahmen der 3 mit zusätzlichen daran angebrachten
Karosserietafelstrukturen.
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5 ist
eine einzelne Ansicht eines hydrogeformten Abschnitts des zusammengefügten Gitterrahmens
der 1 bis 4, wobei Stanzblechabschnitte
davon entfernt und nicht gezeigt sind.
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6 ist
eine Explosionsansicht der vordersten Säulengruppe des Gitterrahmens
der 1 bis 4 ist.
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7 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 7-7.
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8 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 8-8.
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9 ist
eine Explosionsansicht einer Säulenstützstruktur
des Gitterrahmens der 1 bis 4.
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10 ist
eine zusammengefügte
Ansicht einer Säulenstützstruktur
an den Gitterrahmen der 1 bis 4.
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11 ist
eine Explosionsansicht eines Abschnitts des Gitterrahmens in der
Nähe einer
Verbindung ist, die zwischen einer B-Säule des Gitterrahmens und einem
Längsträgerelement
des Gitterrahmens der 1 bis 4 gebildet.
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12 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 12-12.
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13 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 13-13 und stellt zusätzlich eine
Tür und
eine Türabdichtung
dar.
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14 eine
Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 14-14 ist;
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15 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 15-15.
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16 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 16-16.
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17 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 17-17 und stellt zusätzlich eine
Tür und
eine Türscharnierbaueinheit
dar.
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18 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 18-18 und stellt zusätzlich eine
an der C-Säule angebrachten
Türabdichtung dar.
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19 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 19-19 und stellt zusätzlich eine
geschnittene Teilansicht der Fahrzeughubtür und ihrem zugeordneten Schwenkmechanismus
dar.
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20 ist
einen Explosionsansicht eines Abschnitts des Gitterrahmens der 1 bis 4,
die ein oberes longitudinales Element des Gitterrahmens und eine
daran angebrachte äußere Dachholmstruktur
in einer Teilansicht sowie verschiedene Komponenten zeigt, die an
dem Gitterrahmen in der Nähe eines Übergangs
zwischen einem Dachholmabschnitt des oberen longitudinalen Elements
und einem säulenbildenden
Abschnitt des oberen longitudinalen Elements in einer Teilansicht
zeigt.
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21 eine
Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 21-21 ist;
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22 ist
eine Explosionsansicht von Abschnitten des Gitterrahmens der 1 bis 4 sowie
von Komponenten, die daran in der Nähe einer Verbindung zwischen
dem Dachholmabschnitt des oberen longitudinalen Elements und einem
Querträgerelement
des Gitterrahmens angebracht sind.
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23 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 23-23 und stellt einen Abschnitt
einer Fahrzeugtür
dar.
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24 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 24-24.
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25 ist
eine Schnittansicht längs
der in 4 angegebenen Linie 25-25 und
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26 ist
eine schematische Ansicht einer Gesenkanordnung zum Hydroformen
von röhrenförmigen Elementen,
die einen Zuschnitt zeigt, der darin angeordnet ist, um bestimmte
Elemente zu bilden, die in dem Rahmen der 1 bis 4 verwendet werden.
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Genaue Beschreibung
der Erfindung
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Die 1 bis 4 zeigen
verschiedene Stufen der Montage einer dargestellten Ausführungsform
der Erfindung in der Form eines Kraftfahrzeug-Gitterrahmens. Der
Gitterrahmen 10 ist mit mehreren daran angebrachten Karosserietafeln
allgemein dargestellt. Fahrzeug-Gitterrahmen für Fahrzeuge jeder Größe können unter
Verwendung der Prinzipien der Fahrzeugkonstruktion, die durch die dargestellte
Ausführungsform
gelehrt werden, konstruiert werden. Der Gitterrahmen 10 ist
insbesondere für
die Konstruktion eines kompakten Fahrzeugs, eines Kleinwagens oder
kleinerer kommerzieller Kraftfahrzeuge (die in der vorliegenden
Anmeldung allgemein als "Fahrzeuge
mit kleineren Rahmen" bezeichnet
werden) sehr gut geeignet. Es ist klar, dass der Gitterrahmen 10 einen
bedeutenden Umfang der röhrenförmigen hydrogeformten
Konstruktion verwendet, um zu ermöglichen, dass der Fahrzeughersteller
die Vorteile ausnutzt, die durch die röhrenförmige hydrogeformte Technologie
geboten werden (wie etwa die Verringerung des Rahmengewichts, ohne
die Fahrzeug-Crashsicherheit einzuschränken, die Verringerung der
Gesamtzahl von Rahmenteilen und der Anzahl von Schweißnähten, die
zur Rahmenmontage erforderlich sind, die Verringerung des Umfangs
der Abfallerzeugung usw.), und die nicht hydrogeformte Konstruktion
verwendet, wie etwa Stanzen, um den Umfang der röhrenförmigen hydrogeformten Konstruktion
zu optimieren, die in dem Fahrzeug mit kleinerem Rahmen enthalten
sein kann. Diese Vorteile werden deutlich, wenn die Konstruktion
des Gitterrahmens 10 genau betrachtet wird. Hydrogeformte Gitterrahmen
sind allgemein bekannt, wie im US-Patent Nr. 6.092.865 an Jackel
u.a., das in seiner Gesamtheit hier durch Literaturangabe eingefügt ist.
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1 zeigt
in einer einzelnen Darstellung eine untere Rahmenbaueinheit 12 des
Gitterrahmens 10. Die untere Rahmenbaueinheit 12 umfasst
ein Paar sich longitudinal erstreckender seitlich beabstandeter
unterer Längsträgerelemente 14, 16 der röhrenförmigen hydrogeformten
Konstruktion. Da die unteren Längsträgerelemente 14, 16 einen
spiegelbildlichen Aufbau aufweisen, wird lediglich das Trägerelement 14 genau
erläutert,
wobei jedoch die Erläuterung
gleichfalls für
das Trägerelement 16 gilt. Entsprechende
Abschnitte der Trägerelemente 14 und 16 sind
in der vorliegenden Anmeldung mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet,
um die Erläuterung der
Erfindung zu vereinfachen, es sollte jedoch klar sein, dass diese
entsprechenden Abschnitte einen spiegelbildlichen Aufbau besitzen.
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Das
Trägerelement 14 ist
eine dreiteilige Konstruktion und umfasst einen röhrenförmigen hydrogeformten
vorderen Trägerabschnitt 18,
einen mittleren Trägerabschnitt 20 und
einen hinteren Abschnitt 22. Diese Abschnitte 18, 20, 22 sind
teleskopartig in gegenseitigem Eingriff und sind an Verbindungsstellen 24 bzw. 26 miteinander
verschweißt.
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Der
vordere Abschnitt 18 des Trägerelements 14 umfasst
eine vordere "Crashspitzen"-Sektion 28 und
eine verhältnismäßig geradlinige,
sich longitudinal erstreckende hintere Sektion 30. Der
mittlere Abschnitt 20 des Trägerelements 14 umfasst
eine verhältnismäßig geradlinige,
sich longitudinal erstreckende vordere Sektion 32 und eine
im allgemeinen nach außen
angewinkelte (in der longitudinalen Fahrzeugrichtung von vorne nach
hinten) Mittelsektion 34 sowie eine sich longitudinal erstreckende,
verhältnismäßig geradlinige
hintere Sektion 36. Der hintere Trägerabschnitt 22 umfasst
eine sich longitudinal erstreckende, verhältnismäßig geradlinige vordere Sektion 38,
eine (in der longitudinalen Richtung des Fahrzeugs von vorne nach
hinten) einwärts
angewinkelte Mittelsektion 40 und eine sich longitu dinal
erstreckende, verhältnismäßig geradlinige
hintere Sektion 42.
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Eine
Stoßstangenanordnung 45,
die eine Stanzblechkonstruktion sein kann, ist an den vordersten
Enden der Trägerelemente 14, 16 angebracht.
Die Crashspitzensektion 28 des Trägerelements 14 ist
so konstruiert und angeordnet, dass sie im Falle eines Frontalzusammenstoßes des
Fahrzeugs den Stoß absorbiert.
Eine Säulenstützstruktur 44, 46,
die eine Stanzblechkonstruktion sein kann, ist mit der äußeren Oberfläche eines
Trägerelements 14 bzw. 16 durch
Schweißen
oder ein anderes geeignetes Verfahren im allgemeinen im Übergangsbereich zwischen
den Sektionen 34 und 36 verbunden. Da die Säulenstützstrukturen 44, 46 einen
spiegelbildlichen Aufbau haben, wird lediglich die Struktur 44 genau
betrachtet, wobei die Erläuterung
gleichfalls für die
Struktur 46 gilt. Entsprechende Abschnitte der Strukturen 44, 46 sind
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, obwohl sie einen spiegelbildlichen
Aufbau besitzen. Die Säulenstützstruktur 44 umfasst
ein inneres Stützelement 48 und
ein äußeres Stützelement 50.
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Die
vorderen Sektionen (oder Abschnitte) 30, 32, 34 des
Trägerelements 14 und
das innere Stützelement 48 der
Stützstruktur 44 definieren
im allgemeinen einen Vorderradausschnitt 52. Das äußere Stützelement 50 an
der Stützstruktur 44 und
die geradlinigen, sich longitudinal erstreckenden Sektionen 36 und 38 des
Trägerelements 14 definieren
im allgemeinen einen Schwellerabschnitt 54 der unteren Rahmenbaueinheit 12.
Die hinteren Sektionen 40 und 42 des Trägerelements 14 definieren
im allgemeinen einen Hinterradausschnitt 56. Die vorderen Sektionen 30, 32, 34 der
Trägerelemente 14, 16 definieren
im allgemeinen einen Motorraumbereich 58 der unteren Rahmenbaueinheit 12.
Die Sektionen 36 und 38 der Trägerelemente 14, 16 definieren gleichfalls
im allgemeinen einen Fahrgastraumbereich 60 der Baueinheit 12 und
die Sektionen 40 und 42 der Trägerelemente 14, 16 definieren
im allgemeinen einen hinteren Nutzlastbereich 62 der Rahmenbaueinheit 12.
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Eine
Mehrzahl von sich quer erstreckenden Verbindungsstrukturen, die
allgemein mit dem Bezugszeichen 64 bezeichnet sind, verbinden
zwischen den unteren Längsträgerelementen 14, 16 und
sind so konstruiert und angeordnet, dass sie diese in einer seitlich
beabstandeten gegenseitigen Beziehung halten. Die Verbindungsstruktur 64 umfasst
ein Paar erster und zweiter mittlerer Verbindungselemente 66, 68 (die
geschlossene Querschnitte aufweisen und z.B. eine hydrogeformte
oder walzgeformte Konstruktion sind) und eine dritte mittlere Verbindungsstruktur 70.
Die dritte Verbindungsstruktur 70 weist einen offenen,
im wesentlichen C-förmigen
Querschnitt auf und kann eine Stanzblechkonstruktion sein. Gegenüberliegende
Enden der Verbindungselemente 66, 68 sind an Verbindungspunkten 72, 74 an
den Trägern 14 bzw. 16 befestigt.
Die Verbindungspunkte 72 und 74 weisen im wesentlichen
einen gleichen Aufbau auf und sind durch Stanzen von Löchern in
gegenüberliegenden
Wänden
von jedem der Trägerelemente 14, 16 und
durch Befestigen von gegenüberliegenden
Enden der Verbindungselemente 66, 68 in entsprechenden Öffnungspaaren
durch Schweißen
ausgebildet. Das Verbindungselement 70 verbindet zwischen
den Trägerelementen 14, 16,
indem gegenüberliegende
Enden des Elements 70 an äußere Oberflächenabschnitte der entsprechenden Trägerelemente 14, 16 geschweißt sind.
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Ein
Paar einwärts
beabstandeter, sich longitudinal erstreckender Trägerelemente 76, 78 verbindet
zwischen den angewinkelten Sektionen 34 bzw. 40 der
Trägerelemente 14, 16.
Da die inneren Trägerelemente 76, 78 einen
spiegelbildlichen Aufbau aufweisen, wird lediglich das Träger element 76 genau erläutert, wobei
die Erläuterung
gleichfalls für
das Trägerelement 78 gilt.
Das Trägerelement 76 ist
vorzugsweise eine gestanzte Blechkonstruktion mit offenem Querschnitt
und weist einen offenen, im wesentlichen C-förmigen
Querschnitt auf. Das Trägerelement 76 ist
vorzugsweise an der unteren Trägerbaueinheit 12 befestigt,
indem gegenüberliegende
Enden des Elements 76 an nach innen weisenden äußeren Wandoberflächen an
Sektionen 34 bzw. 40 des Trägerelements 14 geschweißt sind.
Die sich quer erstreckenden Elemente 66, 68, 70 sind
durch Schweißen
oder ein anderes geeignetes Verfahren in Rillen 80, 82 bzw. 84,
die in dem sich longitudinal erstreckenden Trägerelement 76 ausgebildet
sind, befestigt.
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Die
Querträgerstruktur 64 umfasst
des weiteren ein Paar hinterer Verbindungsstrukturen 86, 88. Jede
hintere Verbindungsstruktur 86, 88 weist vorzugsweise
einen offenen, im wesentlichen C-förmigen Querschnitt auf und
ist eine Blechstruktur, die durch Stanzen geformt ist. Die Verbindungsstruktur 86 ist
an der Rahmenbaueinheit 12 befestigt, indem ihre gegenüberliegenden
Enden an nach innen weisenden äußeren Oberflächen der
inneren Trägerelemente 76, 78 durch
Schweißen
oder ein anderes geeignetes Verfahren befestigt sind. Die Verbindungsstruktur 88 ist
an der Rahmenbaueinheit 12 befestigt, indem ihre gegenüberliegenden
Enden an nach innen weisenden äußeren Oberflächen der
gegenüberliegenden
Sektionen 42 des Trägerelements 14, 16 geschweißt sind.
Ein hinterstes Verbindungselement 90 ist zwischen den Trägerelementen 14, 16 an
Verbindungspunkten 92 befestigt. Das Verbindungselement 90 ist
vorzugsweise eine röhrenförmige Konstruktion
(d.h. es weist einen geschlossenen Querschnitt auf) und kann durch
Hydroformen, durch Walzformen oder ein anderes geeignetes Verfahren gebildet
sein. Die Verbindungsstellen 92 haben einen ähnlichen
Aufbau wie die Verbindungsstellen 72 (siehe 15 als
eine Schnittansicht der Verbindungsstelle 92).
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Wie
in den 2 bis 4 gezeigt ist, sind eine Mehrzahl
von Fahrzeugkomponenten, von denen jede durch nicht hydroformende
Verfahren, wie etwa eine Stanzblechkonstruktion, gebildet sein kann,
an der unteren Rahmenbaueinheit 12 befestigt. Diese Komponenten
umfassen Bodenwannenstrukturen, ein Paar vorderster Säulengruppen 94, 96 und ein
Paar hinterer Säulenstützgruppen 98, 99.
Die mittlere Bodenwannenstruktur 100 ist im einzelnen an
Zwischenabschnitten der Trägerelemente 14, 16 und
an Abschnitten der Querträgerelemente 66, 68, 70 und 76 durch
Schweißen
oder ein anderes geeignetes Verfahren befestigt. Eine hintere Bodenwanne 102 ist
an hinteren Abschnitten der Trägerelemente 14, 16 und
an Querträgerelementen 88 und 90 durch Schweißen oder
ein anderes geeignetes Verfahren befestigt. Die Bodenwannen 100, 102 können eine Metallblechkonstruktion
sein und schaffen die Bodenstruktur für den Fahrgastraum 60 bzw.
den Nutzlastraum 62.
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Ein
unterer Abschnitt einer Armaturentafel 104, die eine Metallblechkonstruktion
sein kann, ist an dem vorderen Ende des Fahrgastraumbereichs 60 an
die untere Rahmenbaueinheit 12 geschweißt. Die Armaturentafel 104 trägt verschiedene
Fahrzeugstrukturen in dem zusammengefügten Fahrzeug, die eine Instrumententafel
(nicht gezeigt), einen unteren Abschnitt einer Fahrzeug-Windschutzscheibe
(nicht gezeigt) und verschiedene Fahrzeugsteuereinrichtungen umfassen,
und funktioniert außerdem
als eine Brandschutzwand zwischen dem Fahrgastraum und dem Motorraum.
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Die
Konstruktion der vordersten Säulengruppe 94 und
wie die Säulengruppe 94,
das Längsträgerelement 14,
die Säulenstützstruktur 44 und
die Armaturentafel 104 mitein ander verbunden sind, können aus
den 6 bis 8 erkannt werden. Die Säulengruppen 94, 96 weisen
einen spiegelbildlichen Aufbau auf. Lediglich die Gruppe 94 wird
genau erläutert,
die Erläuterung
gilt jedoch gleichfalls für
die Gruppe 96.
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Die
vorderste Säulengruppe 94 ist
eine mehrteilige Baugruppe aus Stanzblechstrukturen, die den Gitterrahmen 10 mit
einer vordersten Säule
oder A-Säule
versieht und eine Unterstützungs-
und Anbringungsstruktur für
einen hydrogeformten Dachholm 106 (der z.B. in 6 in
einer Teilansicht gezeigt ist) der nachfolgend beschriebenen röhrenförmigen hydrogeformten
oberen Rahmenbaueinheit schafft. Die Konstruktion der Säulengruppe 94 wird am
besten aus der Explosionsansicht von 6 verstanden. 6 zeigt
in einer Teilansicht den mittleren Abschnitt 20 des Trägerelements 14 in
zerlegten Einzelteilen in Bezug auf ihren hinteren Abschnitt 20. Das
teleskopartige Wesen des gegenseitigen Eingriffs des Verbindungspunkts 26 kann
aus der Explosionsansicht von 6 erkannt
werden. Ein äußerer Rand 108 eines
unteren, sich im wesentlichen horizontal erstreckenden Wandabschnitts 110 des
inneren Stützelements 48 der
Säulenstützstruktur 44 ist an
eine nach unten weisende Oberfläche
des Trägerelements 14 im
allgemeinen in der Nähe
des Übergangs
zwischen einer schwellenbildenden Sektion 36 des Trägerelements 14 und
der angewinkelten Sektion 34 des Trägerelements 14 geschweißt. Ein im
wesentlichen vertikaler Wandabschnitt 112 des inneren Stützelements 48 der
Säulenstützstruktur 44 definiert
die hintere Erstreckung des Vorderradausschnitts 52. Das äußere Stützelement 50 der
Säulenstützstruktur 44 ist
an dem inneren Stützelement 48 vorzugsweise
durch Schweißen
befestigt, um eine kastenförmige
Unterstützungsstruktur
im allgemeinen zwischen dem Schwellerabschnitt des Längsträgerelements 14 (d.
h. ihren Sektionen 36 und 38) und dem Vorderradaus schnitt
zu bilden, um die vorderste Säulengruppe 94 zu
unterstützen.
Das äußere Element 50 schafft
einen vorderen Abschnitt des Schwellers 54. Die Stützstruktur 44 schafft
eine Unterstützung
für die
inneren und äußeren Säulenelemente 114 bzw. 116 der
Säulengruppe 94.
Die inneren und äußeren Säulenelemente 114, 116 schaffen eine
Säulenstruktur
für den
Gitterrahmen 10, die die A-Säule definiert. Die inneren
und äußeren Säulenelemente 114, 116 bilden
somit die A-Säule
des Fahrzeugs und schaffen eine Anbringungsstruktur für den röhrenförmigen hydrogeformten
Dachholm 106 der A-Säule.
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Die
inneren und äußeren Säulenelemente 114, 116 können Stanzblechstrukturen
sein, die vorzugsweise aneinander und an den umgebenden Stanzblechkomponenten
und röhrenförmigen hydrogeformten
Komponenten durch Schweißen
befestigt sind, obwohl jedes weitere geeignete Verfahren verwendet
werden kann, um diese Strukturen aneinander zu befestigen.
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Ein
unterer Abschnitt 118 der inneren Säule 114 ist in die
kastenförmige
Säulenstützstruktur 44 geschweißt (siehe
den Querschnitt von 8). Ein Zwischenabschnitt 120 des
inneren Säulenelements 114 ist
an einem Rand der Armaturentafel 104 befestigt. Eine Verstärkungsstruktur 121 kann
eine Stanzblechkonstruktion sein und zur Verstärkung zwischen die Armaturentafel 104 und
das innere Säulenelement 114 geschweißt sein.
Ein oberer Abschnitt 122 des inneren Säulenelements 114 ist
an einem oberen Rand der Armaturentafel 104 und an oberen
bzw. unteren Verteilerstrukturen 124, 126 befestigt.
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Ein
unterer Abschnitt 128 des äußeren Säulenelements 116 ist
an der Außenseite
des äußeren Stützelements 50 der
Säulenstützstruktur 44 und
an einem Abschnitt des Längsträgerelements 14 befestigt
und ein oberer Abschnitt 130 des äußeren Säulenelements 116 ist
an dem inneren Säulenelement 114 in
dem zusammengefügten
Fahrzeug-Gitterrahmen 10 befestigt.
Der Dachholmabschnitt 106 eines röhrenförmigen hydrogeformten Elements
ist im allgemeinen dazwischen befestigt. 2 zeigt
das Säulenstützelement 44,
das innere Säulenelement 114,
die Armaturentafel 104 und die oberen und unteren Verteilerstrukturen 124, 126,
die an der unteren Rahmenbaueinheit 12 angebracht sind.
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2 zeigt
außerdem
die Säulenstützgruppen 98, 99,
die an der unteren Rahmenbaueinheit 12 angebracht sind.
Die Säulenstützgruppen 98, 99 weisen
eine ähnliche
Konstruktion auf und können
einen spiegelbildlichen Aufbau haben. Die Struktur der Säulenstützgruppe 98 wird
genau betrachtet und die Konstruktion der Säulenstützgruppe 99 wird kurz
erläutert
und kann aus der Erläuterung
der Gruppe 98 verstanden werden.
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Die
Säulenstützgruppe 98 ist
in 9 in einer Explosionsansicht gezeigt. 9 zeigt
den Abschnitt des Trägerelements 14,
der den Hinterradausschnitt 56 definiert, in einer Teilansicht.
Die Säulenstützgruppe 98 umfasst
eine hintere Radkastenstruktur 132, eine hintere Kotflügelinnenstruktur 134, eine
innere Säulenstützstruktur 136,
eine äußere Säulenstützstruktur 138 und
eine hintere Kotflügelaußenstruktur 140.
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Ein
unterer Rand 142 der hinteren Radkastenstruktur 132 ist
an Sektionen 40 und 42 des Trägerelements 14 geschweißt. Ein
unterer Abschnitt der hinteren Radkastenstruktur 132 definiert
einen Abschnitt des Hinterradausschnitts 56. Die hintere Kotflügelinnenstruktur 134 ist
an der Radkastenstruktur 132 und an einem hinteren Abschnitt
des Trägerelements 14 (siehe
z.B. 2) vorzugsweise durch Schweißen befestigt. Die innere Säulenstützstruktur 136 ist
an dem Trägerelement 14,
der hinteren Radkastenstruktur 132 und an der hinteren
Kotflügelinnenstruktur 134 vorzugsweise
durch Schweißen
befestigt. Wie z.B. in 4 gezeigt ist, umfasst die innere
Säulenstützstruktur 136 die
Stützstruktur 144, die
durch Stanzen geformt sein kann, um einen unteren Endabschnitt des
röhrenförmigen hydrogeformten
Elements 146 (das in 9 in einer
Teilansicht gezeigt ist) aufzunehmen, das eine C-Säule für den Gitterrahmen 10 schafft.
Die äußere Säulenstützstruktur 138 ist
an einem Abschnitt des Trägerelements 14 und
an einem Abschnitt der inneren Säulenstützstruktur 136 vorzugsweise
durch Schweißen befestigt.
Die äußere Säulenstützstruktur 138 umfasst
eine gestanzte Struktur 148, die so konstruiert und angeordnet
ist, dass sie die röhrenförmige hydrogeformte
C-Säule 146 unterstützt. Alle
Strukturen 134, 136 und 138 können durch
nicht hydroformende Verfahren, wie etwa als eine Stanzblechkonstruktion hergestellt
sein.
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Wahlweise
kann ein Paar Schweißöffnungen 150 in
der äußeren Säulenstützstruktur 138 vorgesehen
sein, um bei der Befestigung der C-Säule 146 an der Stützstruktur 138 zu
helfen. Die äußere hintere Kotflügelstruktur 140 ist
an Abschnitte der inneren und äußeren Säulenstützstrukturen 136, 138,
an die hintere Kotflügelinnenstruktur 134,
an die C-Säule 146 und
an die angrenzende D-Säule 152 geschweißt (siehe
z. B. 4). Aus 4 kann außerdem erkannt
werden, dass die hinteren inneren und äußeren Kotflügelstrukturen 134, 140 jeweils
mit Öffnungen 154, 156 versehen
sind, um Fahrzeugrückleuchten
aufzunehmen.
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Die
teilweise zusammengefügte
Säulenstützgruppe 99 ist
in 10 vergrößert dargestellt. Die
Säulenstützgruppe 99 umfasst
eine hintere Radkastenstruktur 158, eine hintere Kotflügelinnenstruktur 160,
eine innere Säulen stützstruktur 162 und
eine äußere Säulenstützstruktur 164.
Wie in 10 gezeigt ist, wirken die inneren
und äußeren Säulenstützstrukturen 162, 164 zusammen,
um einen unteren Abschnitt einer C-Säule 146 des Gitterrahmens 10 aufzunehmen
und zu unterstützen.
Ein Abschnitt der hinteren Kotflügelinnenstruktur 160 ist
mit der hinteren Säule 152,
der inneren Säulenstützstruktur 162 und
mit der C-Säule 146 verbunden,
wodurch die C-Säule 146 starr
an der Verwendungsstelle gehalten wird.
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Aus
einem Vergleich der 2 bis 4 kann erkannt
werden, dass der Gitterrahmen 10 aufgebaut werden kann,
indem die Bodenwannen 100, 102, die Armaturentafel 104,
die Säulenstützstrukturen 44, 46,
die inneren Säulenelemente 114,
die oberen und unteren Verteilerstrukturen 124, 126,
die hinteren Radkastenstrukturen 132, 158, die
hinteren Kotflügelinnenstrukturen 134, 160,
die inneren Säulenstützstrukturen 136, 162 und
die äußeren Säulenstützstrukturen 138, 164 an
der unteren Rahmenbaugruppe 12 angebracht werden (wie in 2 gezeigt ist).
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An
dieser Stelle des Aufbaus kann die röhrenförmige hydrogeformte obere Rahmenbaugruppe, die
allgemein mit dem Bezugszeichen 170 bezeichnet ist, an
dem Gitterrahmen angebracht werden. Die obere Rahmenbaugruppe 170 umfasst
ein Paar röhrenförmiger hydrogeformter
oberer longitudinaler Elemente 174, 176, ein erstes
röhrenförmiges hydrogeformtes
U-förmiges
Element 178 und ein zweites röhrenförmiges hydrogeformtes U-förmiges Element 180.
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Die
oberen longitudinalen Elemente 174, 176 haben
einen spiegelbildlichen Aufbau, so dass lediglich das obere longitudinale
Element 174 genau erläutert
wird, wobei die Erläuterung
jedoch gleichfalls für
das Element 176 gilt. Jedes der longitudinalen Elemente 174 umfasst
einen die D- Säule bildenden
Abschnitt 152 und einen dachholmbildenden Abschnitt 106.
Der säulenbildende
Abschnitt 152 des oberen longitudinalen Elements 174 ist
an einem freien Ende mit dem Längsträgerelement 14 an
der Verbindung 186 verbunden und erstreckt sich davon nach
oben, um die hinterste Säule
oder die D-Säule des
Gitterrahmens 10 zu definieren. Der holmbildende Abschnitt 106 des
oberen longitudinalen Elements 174 erstreckt sich von dem
säulenbildenden
Abschnitt 152 nach vorne, um den Dachholm des Gitterrahmens 10 zu
definieren. Das obere longitudinale Element 174 ist vorzugsweise
aus einem einzelnen röhrenförmigen Zuschnitt
hydrogeformt, der eine Stumpfschweißung 188 umfasst.
Es ist vorzuziehen, das obere longitudinale Element 174 in
einer Hydroformungsoperation aufzubauen, um summierte Toleranzen
in der Fahrzeugslängsrichtung
minimal zu machen.
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Die
ersten und zweiten U-förmigen
Elemente 178, 180 können jeweils eine einteilige
röhrenförmige hydrogeformte
Konstruktion sein. Die Elemente 178 und 180 enthalten
jeweils Querabschnitte 190 bzw. 192 und ein Paar
Schenkel 194 bzw. 146, die sich an gegenüberliegenden
Enden der entsprechenden Querabschnitte 190, 192 einteilig
von Verbindungsstellen 198 bzw. 200 erstrecken.
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Das
freie Ende jedes Schenkels 194 des ersten U-förmigen Elements 178 ist
in einer nach oben weisenden Öffnung 202,
die in den entsprechenden Trägerelementen 14, 16 ausgebildet
ist, befestigt, um Verbindungen 204 zu bilden. Der Dachholm 106 ist flächenhaft
an das Querelement 190 an der Verbindungsstelle 198 geschweißt, um eine
Verbindung 206 zu bilden. Die Schenkel 194 des
ersten U-förmigen
Querelements 178 definieren ein Paar B-Säulen des
Gitterrahmens 10.
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Der
Dachholm 106 ist gleichfalls flächenhaft an die Verbindungsstelle
des zweiten Querelements 192 geschweißt, um die Verbindung 208 zu
bilden, und die freien Enden der Schenkel 146 des zweiten U-förmigen Elements 180 werden
durch die Strukturen 144 und 148 (siehe 9)
der inneren und äußeren Säulenstützstrukturen 136 bzw. 138 unterstützt und
sind an diese geschweißt.
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Aus
einem Vergleich der 3 und 4 kann erkannt
werden, dass das äußere Säulenelement 116 an
die Säulengruppe 94 geschweißt werden
kann, nachdem die röhrenförmige hydrogeformte
obere Rahmenbaugruppe 170 mit dem Gitterrahmen zusammengefügt wurde.
Eine gestanzte äußere Stütze 210 (siehe 4)
ist an der Säulengruppe 98 befestigt
und erstreckt sich im allgemeinen von dieser nach vorne. Die äußere Stütze 210 umfasst
einen inneren Abschnitt 211, der an dem inneren Säulenelement 114 befestigt
ist, und einen äußeren Abschnitt 215,
der an dem äußeren Säulenelement 116 befestigt
ist. Die äußere Stütze 210 kann
eine Stanzblechkonstruktion sein und kann an der Säulengruppe 98 durch
Schweißen
befestigt sein. Die äußere Stütze 210 kann
verwendet werden, um die Fahrzeugstoßstange und andere Karosseriestrukturen
anzubringen.
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Eine
Dachtafel 212, die äußeren hinteren Kotflügelstrukturen 140 und
mehrere Türabdichtungs-Verbindungsstrukturen,
die allgemein mit dem Bezugszeichen 214 bezeichnet sind,
sind an dem Fahrzeugrahmen angebracht, wie z. B. in 4 gezeigt
ist. Eine Dachtafelaußenrandstruktur 216,
die eine Stanzblechkonstruktion sein kann, ist an jeder Seite des
Fahrzeugs längs
seines Dachholms 106 sowie abwärts an einem oberen Abschnitt
der D-Säule 152 zu
der äußeren Kotflügelstruktur 140 angebracht.
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7 zeigt,
dass die inneren und äußeren Säulenelemente 114, 116 längs Schweißnähten 215, 217 zusammengeschweißt sind
und so geformt sind, dass sie die A-Säule mit einem geschlossenen
Querschnitt schaffen. 8 ist eine Schnittansicht, die zeigt,
wie die inneren und äußeren Säulenelemente 114, 116,
die inneren und äußeren Stützelemente 48, 50 und
die Armaturentafel 104 aneinander befestigt sind. Im Einzelnen
sind das äußere Säulenelement 116,
das äußere Stützelement 50 und
das innere Stützelement 48 längs einer
Schweißnaht 219 zusammengeschweißt. Das äußere Stützelement 50, das
innere Säulenelement 114 und
die Armaturentafel 104 sind längs einer Schweißnaht 221 zusammengeschweißt. 14 zeigt,
dass das äußere Säulenelement 116 und
die Bodenwanne 100 längs
einer Schweißnaht 223 zusammengeschweißt sind.
Das äußere Säulenelement 116 und
die Bodenwanne 100 können
außerdem
wie am Bezugszeichen 225 durch einseitiges Punktschweißen (schematisch
gezeigt) an das Trägerelement 14 geschweißt sein.
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11 zeigt
eine Explosionsansicht der Verbindung 204 und von zwei
der Türabdichtungs-Verbindungsstrukturen 214.
Die Öffnung 202 für die C-Säule und
eine Schweißöffnung 218 können mittels
Laser in das Längsträgerelement 14 geschnitten sein. 12 zeigt
die zusammengefügte
Verbindung 204 in einer Schnittansicht. Die Säule, das
Längsträgerelement 14,
die Türabdichtungs-Verbindungsstruktur 214 und
die Bodenwanne 100 können
durch eine Reihe von Schweißverbindungen,
wie etwa (schematisch gezeigte) MIG-Schweißverbindungen wie am Bezugszeichen 220,
und eine Reihe von Schweißverbindungen,
wie etwa (schematisch gezeigte) einseitige Punktschweißverbindungen
wie am Bezugszeichen 222, aneinander befestigt sein. Eine Türabdichtung 224 (siehe 13)
ist in dem zusammengefügten
Fahrzeug an der Übergangsstruktur 214 angebracht
und ist so angeordnet, dass eine Fahrzeugtür 226 dann, wenn die
Tür 226 in
ihrer geschlossenen Position ist, in Eingriff gelangt, um die Tür abzudichten.
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15 zeigt
die Konstruktion des Gitterrahmens 10 im Bereich der Verbindungen 92 und 186. Die
Verbindung 92 wird gebildet, indem das röhrenförmige Verbindungselement 90 durch
die Öffnungen 228, 230,
die in gegenüberliegenden
Seiten des Trägerelements 14 ausgebildet
sind, eingesetzt wird und die Elemente 90, 14 miteinander
verschweißt
werden. Die Verbindung 186 wird gebildet, indem verschiedene
Wandabschnitte an einem freien Ende des Säulenabschnitts 152 des
oberen longitudinalen Elements 174 geschnitten und entfernt
werden, der Säulenabschnitt 152 in
Kontakt mit der äußeren Oberfläche des
Trägerelements 14 angeordnet
wird und die Strukturen miteinander verschweißt werden. Eine hintere Säulenabdichtungs-Übergangsstruktur 232 ist
zwischen ein unteres Ende des Säulenabschnitts 152 des
oberen longitudinalen Elements 174 und ein oberes Element 234,
das an einer oberen Oberfläche des
hinteren Querträgerelements 90 angebracht
ist, geschweißt.
Die Übergangsstruktur 232 bildet
eine gerundete Ecke der hinteren Öffnung 235 in das Nutzlastabteil
des Fahrzeug-Gitterrahmens 10.
Die Struktur 232 und das Element 234 sind vorzugsweise jeweils
Metallstrukturen, die durch Stanzen geformt und an den Gitterrahmen 10 geschweißt wurden.
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16 ist
eine Schnittansicht, die zeigt, wie die hintere Radkastenstruktur 132 und
die Bodenwanne 102 in dem Nutzlastabteil an dem Trägerelement 14 und
aneinander angebracht sind. Die Radkastenstruktur 132 umfasst
einen sich nach unten erstreckenden Flansch 236, der durch
Schweißen,
z.B. durch eine Reihe von einseitigen Schweißpunkten (nicht gezeigt) an
dem Trägerelement 14 befestigt
ist. Die Nutzlastraum-Bodenwanne 102 ist an eine obere Oberfläche des
Trägerelements 14 sowie
an eine Oberseite der zugewandten Oberfläche der Radkastenstruktur 132 geschweißt.
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17 zeigt
eine Schnittansicht der B-Säule.
Die B-Säule
hat eine röhrenförmige hydrogeformte
Konstruktion. Nach außen
weisende Oberflächen 240 und 242 definieren
Dichtungseingriffsflächen
für eine
Türdichtung
(in 17 nicht gezeigt). Eine mit Innengewinde versehene
Scharnieranbringungshülse 244 ist
in die B-Säule
eingesetzt, um eine Scharnierschraube 246 aufzunehmen,
um das Scharnier 248 für
eine Fahrzeugtür 249 anzubringen.
Die C-Säule ist
in 18 im Querschnitt gezeigt. Die C-Säule hat
eine röhrenförmige hydrogeformte
Konstruktion und definiert eine nach außen weisende Dichtungsfläche 250 für eine Türabdichtung 252.
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19 zeigt
eine Schnittansicht durch die D-Säule und
zeigt eine Schnittansicht des Dachtafelaußenrands 216. Der
Dachtafelaußenrand 216 ist längs einer
weiteren Schweißnaht 258 an
einem oberen Gabelstützen-Anbringungsträger 256 angebracht.
Der Dachtafelaußenrand 216 ist
an der Schweißnaht 260 an
die D-Säule
geschweißt
und der Anbringungsträger 256 ist
an der Schweißnaht 262 an
die D-Säule geschweißt. Der
Träger 256 dient
als ein Schwenkpunkt der Anbringung einer Gaskolbenanordnung 264 (schematisch
gezeigt), die an einer Fahrzeughubklappe 266 (in 19 teilweise
gezeigt) angebracht ist.
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20 zeigt
die Einzelheiten der Konstruktion des Gitterrahmens 10 in
der Nähe
des Übergangs zwischen
dem säulenbildenden
Abschnitt 152 und dem dachholmbildenden Abschnitt 106 des
oberen longitudinalen Elements 176. Der Gitterrahmen 10 umfasst
die Dachtafel 212, eine Hubklappenscharnier-Verstärkungsstruktur 268,
ein D-Säulen-Kopfstück 270 und
einen Dachholm zu dem Kopfstückträger 272.
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20 zeigt
außerdem,
wie der Dachtafelaußenrand 216 (der
außerdem
als Dachholm der Klasse "A" bezeichnet wird)
an dem oberen longitudinalen Element 174 angebracht ist.
Eine 21 zeigt Einzelheiten, wie der D-Säulen-Kopfabschnitt 270 an der
Dachtafel 212 befestigt ist. Der Kopfabschnitt 270 ist
längs einer
Schweißnaht 271 an
die Dachtafel 212 geschweißt.
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22 zeigt
eine Explosionsansicht der Struktur des Gitterrahmens 10 in
der Nähe
der Verbindung 206 zwischen dem Dachholmabschnitt 106 des
oberen longitudinalen Elements 174 und dem ersten Querträgerelement 190. 22 zeigt
die Dachtafel 212, den Dachholmabschnitt 106 des
oberen longitudinalen Elements 174, das Querträgerelement 190,
eine Türabdichtungs-Übergangsstruktur 214 und
den Dachholmaußenrand 216. 23 zeigt, wie
diese Strukturen in dem zusammengefügten Gitterrahmen 10 angeordnet
sind. Im einzelnen ist der Dachholmabschnitt 106 in Bezug
auf den Verbindungspunkt 198 des Querträgerelements 190 flächenhaft
angeschweißt.
Die Türabdichtungs-Übergangsstruktur 214 ist
an den Dachholmabschnitt 106 des oberen longitudinalen
Elements 174 und einen Abschnitt des Querträgerelements 190 geschweißt. Der
Dachholmaußenrand 216 ist
am Bezugszeichen 276 an die Übergangsstruktur 214 und
am Bezugszeichen 278 an den Dachholmabschnitt geschweißt. Die
Dachtafel 212 ist am Bezugspunkt 278 an den Dachholmaußenrand 216 geschweißt. Eine
Fahrzeugtür 279 ist
in einer Teilansicht gezeigt.
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24 ist
eine Schnittansicht durch den Dachholmabschnitt 106 des
oberen longitudinalen Elements 174, die eine Anbringungsstruktur 280 für den Windschutzscheiben-Kopfabschnitt
und den Dachholmaußenrand 216,
der an den Dachholmabschnitt 106 des oberen longitudinalen
Elements 174 geschweißt
ist, zeigt.
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25 zeigt
in einer Schnittansicht die Struktur der Stoßstangenanordnung 145 und
wie diese an dem Trägerelement 14 angebracht
ist. Die Stoßstangenanordnung 145 umfasst
im einzelnen ein bogenförmiges
inneres Stoßstangenelement 284 und
ein äußeres Stoßstangenelement 286,
das daran angeschweißt
ist. Eine Stoßstangenanbringungsstruktur 290 ist
an das innere Stoßstangenelement 284 geschweißt. Ein
Paar Stoßstangenverbindungselemente 292, 294 ist
zwischen die Anbringungsstruktur 92 und das vorderste Ende
des Trägerelements 14 geschweißt, um die
Stoßstangenanordnung 45 an
dem Längsträgerelement 14 anzubringen.
Ein Anbringungsträger 296 ist
zwischen einem äußeren Abschnitt
des Stoßstangenelements 284 und
einem Seitenabschnitt des Trägerelements 14 befestigt.
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Da
viele der strukturellen Merkmale jedes hydrogeformten Elements während einer
Hydroformungsoperation, die dieses erzeugt, ausgebildet werden,
wird ein bevorzugtes Verfahren zum Hydroformen der röhrenförmigen hydrogeformten
Komponenten des Gitterrahmens 10 betrachtet. Eine bevorzugte
Hydroformungsoperation zum Bilden des hydrogeformten Stützelements 10 kann
aus 26 verstanden werden. Ein Beispiel einer Hydroformungsoperation
wird unter Verwendung des Elements 190 angegeben. Jedes
hydrogeformte Element, wie etwa das hydrogeformte U-förmige Element 190,
kann aus einem röhrenförmigen Zuschnitt 302 gebildet
werden. Der Zuschnitt 302 ist aus einem geeigneten Metallwerkstoff
aufgebaut und hat einen geschlossenen Querschnitt und offene röhrenförmige Enden.
Der Zuschnitt 302 ist vorzugsweise aus einem Stahl mit
geeigneter Güte
hergestellt. Jeder Zuschnitt 302 kann durch ein geeignetes
Verfahren gebildet werden. Ein durchgehender Streifen aus Metallwerkstoff
kann z.B. durch Walzformen und Nahtschweißen so geformt werden, dass
er einen geschlossenen Querschnitt auf weist. Alternativ kann eine
durchgängige
Länge des
Metallrohrs durch Extrusion gebildet werden. Die durchgängige röhrenförmige Struktur
kann dann auf die Länge
geschnitten werden, die zum Bilden eines U-förmigen Elements 190 erforderlich
ist.
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Der
Zuschnitt 302 wird vorzugsweise zu einer "U"-Form
gebogen, bevor er in einer Hydroformungs-Gesenkanordnung angeordnet wird. Jeder Schenkelabschnitt
des Elements 302 bildet vorzugsweise einen verhältnismäßig spitzen
Winkel mit seinem mittleren Querabschnitt. Da der Winkel in dem U-förmigen Element 190 verhältnismäßig "spitz" ist (d.h. ein Winkel
größer als
30°) erfordern
diese Winkel verhältnismäßig spitze
Biegungen in dem Zuschnitt 302. Bei der vorliegenden Erfindung
wird der Zuschnitt 302 vorzugsweise gemäß den Erkenntnissen der US-Patentschrift
Nr. 5.953.945 mit dem Titel "Method
and apparatus for wrinkle-free hydroforming of angled tubular parts" gebogen, die in
ihrer Gesamtheit an dieser Stelle durch Literaturhinweis eingefügt ist.
Die Erkenntnisse des Referenzpatents '945 können verwendet werden, um eine
Knickbildung während
der Biegeoperation, insbesondere an den konkaven Abschnitt jeder
Biegung in einem hydrogeformten Teil zu vermeiden. Ein Zuschnitt 302 kann
in einer durch Computer numerisch gesteuerten ("CNC")
Biegemaschine gebogen werden, bevor er in der Gesenkanordnung angeordnet
wird, oder er kann alternativ durch Dehnungsbiegen gebogen werden, um
die "U"-Form zu erreichen.
Der U-förmige
Zuschnitt 302 umfasst einen im wesentlichen geradlinigen,
sich longitudinal erstreckenden Mittelabschnitt und ein Paar Schenkel,
die sich von gegenüberliegenden
Enden des Mittelabschnitts erstrecken. Die Verbindungsstelle oder
der "Ellenbogen", der zwischen dem
Mittelabschnitt und jedem Schenkel ausgebildet ist, definiert einen
konkaven äußeren Oberflächenabschnitt
an einer Seite und einen konvexen äußeren Oberflächenabschnitt
an einer dazu gegenüberliegenden
Seite. Ein geeignetes Schmiermittel kann auf die Außenseite
des Zuschnitts 302 aufgetragen werden, bevor er in der
Gesenkanordnung angeordnet wird.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 26 wird der
U-förmige
röhrenförmige Zuschnitt 302 anschließend zwischen
den Gesenkhälften 304, 306 der
Gesenkanordnung 308 angeordnet und die Anordnung wird geschlossen.
Der röhrenförmige Zuschnitt
ist vorzugsweise in ein Fluidbad eingetaucht, so dass er mit Hydroformungsfluid
gefüllt
ist. Eine Hydroformungs-Stempelbaueinheit 310, 312 ist
an jedem Ende des röhrenförmigen Zuschnitts 302 in
Eingriff, so dass ein Stempelelement 314, 316 jeder
Anordnung 310, 312 ein entsprechendes Ende eines
röhrenförmigen Zuschnitts 302 abdichtet.
Die Stempelelemente 314, 316 enthalten hydraulische
Verstärkungseinrichtungen,
die das Hydroformungsfluid verstärken
können,
um dadurch den Fluiddruck des in dem Zuschnitt 302 befindlichen
Fluids zu vergrößern, um
eine röhrenförmige Metallwand,
die allgemein mit den Bezugszeichen 318 bezeichnet ist,
des röhrenförmigen Zuschnitts 302 in Übereinstimmung
mit den Gesenkoberflächen 320 des
Gesenkhohlraums (wie in dem Referenzpatent '945 offenbart ist) nach außen zu verformen,
um dadurch ein hydrogeformtes Element zu bilden, das eine äußere Oberfläche hat,
die in einer vorgegebenen regelmäßigen oder
unregelmäßigen Konfiguration
(in Abhängigkeit
der Form des Gesenkhohlraums) festgelegt ist.
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Der
röhrenförmige Zuschnitt 302 kann
z.B. einen im wesentlichen gleichmäßigen Durchmesser sowie einen
im wesentlichen kreisförmigen
Querschnitt vor der Ausdehnung während
des Hydroformungsprozesses aufweisen. Der Hydroformungsprozess kann
computergesteuert sein. Die Strömung des
Hydroformungsfluids kann so gesteuert werden, dass der Metallwerkstoffs
des Zuschnitts 302 (in einer radialen Richtung) "fließt" oder sich während des Hydroformungsprozesses
ausdehnt. Die Stempelelemente 314, 316 werden
vorzugsweise an gegenüberliegenden
Enden des Zuschnitts 302 axial nach innen gedrückt, um
während
der Ausdehnung einen Metallfluss in dem Zuschnitt 302 zu
erzeugen. Der Fluiddruck und der axiale Druck können unabhängig gesteuert werden. Die
Enden des röhrenförmigen Zuschnitts 302 werden
vorzugsweise während
der Hydroformungsoperation axial nach innen gedrückt, um die Wanddicke des vollständig ausgebildeten
hydrogeformten Elements 190 in einem vorgegebenen Bereich
der Wanddicke des ursprünglichen
röhrenförmigen Zuschnitts 302 zu
halten. Da jeder Verbindungspunkt einen Bereich definiert, in dem
der geradlinige röhrenförmige Zuschnitt
unter einem verhältnismäßig spitzen
Winkel gebogen ist, weist die äußere Oberfläche des
Zuschnitts 302 einen konkaven Oberflächenabschnitt und einen konvexen
Oberflächenabschnitt an
im allgemeinen gegenüberliegenden
Seiten des Zuschnitts 302 auf. Jedes Stempelelement 314, 316 übt vorzugsweise
eine Kraft auf das zugeordnete Ende des Zuschnitts 302 aus,
um eine longitudinale Strömung
des Metallwerkstoffs in dem Zuschnitt 302 zu erzeugen,
um eine Wanddicke des Zuschnitts in einem vorgegebenen Bereich zu
halten, wobei die Stempelelemente vorzugsweise einen größeren Betrag
der Kraft an einem Abschnitt des Zuschnitts ausüben, der in Längsrichtung
auf den konvexen Oberflächenabschnitt
des röhrenförmigen Zuschnitts
ausgerichtet ist, im Vergleich zu dem Betrag der Kraft, der auf
einen Abschnitt des Zuschnitts ausgeübt wird, der in Längsrichtung
auf den konkaven Oberflächenabschnitt
des Zuschnitts ausgerichtet ist, um einen größeren Betrag der Strömung von
Metallwerkstoff zu Abschnitten des Zuschnitts 302 zu bewirken,
die an den konvexen Oberflächenabschnitt
angrenzen, im Vergleich zu Abschnitten des Zuschnitts, die an den
konkaven Oberflächenabschnitt
angrenzen. Dies verhindert eine Knickbildung in Abschnitten des
Zuschnitts, die an den konkaven Oberflä chenabschnitt angrenzen, wie
in dem oben genannten Referenzpatent '945 genau erläutert ist. Die Stempelelemente 314, 316 wirken
vorzugsweise zusammen, um die Wanddicke der sich nach außen ausdehnenden Wandabschnitte
des Zuschnitts 302 wiederherzustellen oder aufrechtzuerhalten,
so dass die Wanddicke des sich ergebenen hydrogeformten Elements
im Bereich von etwa ±10
% der ursprünglichen
Wanddicke des Zuschnitts 302 liegt (d.h. um eine Verringerung der
Wanddicke während
der Ausdehnung des Rohrs in Durchmesserrichtung auszugleichen).
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Der
röhrenförmige Zuschnitt 302 dehnt
sich in Übereinstimmung
mit den Oberflächen
aus, die den Hydroformungsgesenkhohlraum definieren, um die metallische
Wand des Zuschnitts 302 in Übereinstimmung mit den Oberflächen der
Gesenkanordnung unregelmäßig auszudehnen,
um die metallische Wand mit einer Form zu schaffen, die dem U-förmigen Element 190 entspricht.
Die Form jedes Gesenkhohlraums, der zum Bilden des Stützelements 10 verwendet
wird, entspricht somit der Form des U-förmigen Elements 190.
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Wenn
in dem U-förmigen
Element 190 Löcher
ausgebildet werden sollen, können
die Löcher auszubilden
sind, wenn sich das Element 190 während der Hydroformungsoperation
in der Gesenkanordnung befindet, oder sie können ausgebildet werden, nachdem
das hydrogeformte Element 190 aus der Gesenkanordnung entfernt
wurde, gemeinsam mit einer weiteren erforderlichen Weiterverarbeitung des
Elements 190. Im einzelnen können Löcher während des Hydroformungsprozesses
ausgebildet werden, wobei dies als Hydrostanzoperation bekannt ist. Eine
Hydrostanzoperation ist in der US-Patentschrift Nr. 5.460.026 offenbart,
die in ihrer Gesamtheit durch Literaturhinweis in die vorliegende
Anmeldung eingefügt
ist. Alternativ können
Löcher
oder Kerben von verschiedenen Größen und
Formen (vorzugsweise unter Verwendung eines Lasers) in das Element 190 geschnitten
werden, nachdem die Hydroformungsoperation beendet ist.
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Als
ein Ergebnis der Ausdehnung des Zuschnitts 302 während der
Hydroformungsoperation kann erkannt werden, dass sich der Querschnitt
des U-förmigen
Elements 190 über
seine Länge
verändert,
so dass der Mittelabschnitt des Elements 190 einen verhältnismäßig kleinen,
möglicherweise
rechtwinkligen Querschnitt aufweist und jeder Schenkelabschnitt
einen verhältnismäßig größeren, im
wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt aufweisen kann. Es ist außerdem möglich, die
verschiedenen Abschnitte des U-förmigen
Elements 190 in der Weise zu hydroformen, dass sie andere
Querschnittkonfigurationen (mit anderen Größen und Formen) aufweisen.
Es sollte klar sein, dass eine Veränderung der Querschnittkonfiguration
dieses röhrenförmigen hydrogeformten
Elements 190 ausgeführt
werden kann, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung
abzuweichen.
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Der
Gitterrahmen 10 wird als ein "Hybrid"-Gitterrahmen
bezeichnet, da er nicht hydrogeformte Elemente umfasst, d.h. Elemente,
die geformt sein können
unter Verwendung von anderen Verfahren als das Hydroformen, wie
etwa z.B. durch Blechstanzen (d.h. die vorderste Säulengruppen 94, 96, die
die A-Säulen
und die Säulenstützgruppen 98, 99 für die C-Säulen umfassen)
in einer hauptsächlich röhrenförmigen hydrogeformten
Rahmenbaueinheit (die die untere Rahmenbaueinheit und die obere Rahmenbaueinheit 170 umfasst).
Diese Hybrid-Rahmenkonstruktion ermöglicht es Kraftfahrzeugherstellern,
das Gitterrahmenkonzept bei Fahrzeugen zu realisieren, bei denen
ein begrenzter Raum zwischen der Innenseite und der Außenseite
des Kraftfahrzeugs vorhanden ist. Die Integration von nicht hydrogeformten
Komponenten in einen ansonsten hydrogeformten Rahmen ermöglicht es
den Fahrzeugherstellern, einen gewichtsoptimierten Fahrzeug-Gitterrahmen
in einer Baueinheit zu schaffen, die an die Raumeinschränkungen
angepasst ist, die bestimmten Fahrzeugentwürfen inhärent sind.
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Im
Einzelnen kann z.B. aus den 1 bis 4 erkannt
werden, dass die Vorder- und Hinterräder (die in den Figuren nicht
gezeigt sind, jedoch allgemein in den Radausschnitten 52 bzw. 56 des montierten
Fahrzeugs angeordnet sind) sich in der Fahrzeuglängsrichtung sehr nahe an dem
Fahrgastraumbereich 60 befinden. Die hinterste Erstreckung des
Vorderrads ist z.B. in Längsrichtung
lediglich einige wenige Millimeter (möglicherweise in der Größenordnung
von 30 bis 40 Millimeter) von der Armaturentafel 104 beabstandet
(die im allgemeinen die vorderste Erstreckung des Fahrgastraumbereichs 60 definiert).
Die vorderste Erstreckung des Hinterrads ist gleichfalls in Längsrichtung
zu der hintersten Erstreckung des Fahrgastraumbereichs 60 sehr
eng beabstandet. Dieser kurze Radstand (d.h. die longitudinale Länge zwischen
den Vorder- und Hinterrädern)
in Bezug auf die longitudinale Länge
des Fahrgastraumbereichs 60 und die demzufolge verhältnismäßig geringe
longitudinale Beabstandung der Vorder- und Hinterräder zu dem
Fahrgastraumbereich 60 erfordert die Bildung von zwei näherungsweise 90°-Übergängen, um
die Vorder- und Hinterradausschnitte 52, 56 zu
definieren. Die röhrenförmigen hydrogeformten
Trägerelemente 14, 16 können nicht einfach
so geformt werden, dass sie eine Krümmung oder einen "Übergang" von den schwellerbildenden Abschnitten
(z.B. die Sektionen 36 und 38) nach innen bei
einem Winkel von etwa 90° (d.h.
seitlich) und anschließend
longitudinal unter einem Winkel von etwa 90° bilden, um die Radausschnitte 52, 56 zu
bilden. Aus 1 kann z. B. erkannt werden,
dass der Übergangswinkel
zwischen der sich longitudinal erstreckenden Sektion 36 des
Mittelabschnitts 20 des Trägerelements 14 und
der angewinkelten Sektion 34 nicht scharf genug ist, um
die volle Erstreckung des Schwellers des Fahrzeug-Gitterrahmens
und den hinteren Abschnitt des Vorderradausschnitts 52 zu
definieren. Die nicht hydrogeformte Säulenstützstruktur 44 schafft
das vorderste Ende des Schwellers und schafft einen verhältnismäßig spitzen Übergangswinkel
(von etwa 90°)
zwischen dem Schwellerabschnitt 54 des Gitterrahmens 10 und
dem hinteren Abschnitt des Vorderradausschnitts 52. Somit
ermöglicht
diese Hybridkonstruktion dem Fahrzeughersteller, ein Paar röhrenförmiger hydrogeformter
unterer Längsträgerelemente 14, 16 zu
verwenden, die sich über
die Länge
des Fahrzeugs erstrecken, wobei trotzdem die Forderungen der Kompaktheit
für die Herstellung
eines kompakten Fahrzeugs erfüllt
werden.
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Die
Vorteile dieser Hybridkonstruktion können aus 5 erkannt
werden, die den hydrogeformten Abschnitt des Gitterrahmens 10 einzeln
zeigt, wobei die nicht hydrogeformten Abschnitte entfernt und nicht
gezeigt sind. Aus dieser Ansicht kann erkannt werden, dass die A-Säulen (die
in 5 nicht gezeigt sind, sich jedoch im allgemeinen
unter den sich nach unten erstreckenden freien Enden der Dachholme 106 befinden
und auf diese ausgerichtet sind) und die C-Säulen seitlich nach außen zueinander
beabstandet sind, um die Breite des Fahrgastraumbereichs 60 maximal
zu machen. Da die hydrogeformten unteren Längsträgerelemente 14, 16 an
ihren vorderen und hinteren Abschnitten einen winkeligen Übergang
aufweisen, um die Definition der Vorder- und Hinterradausschnitte 52, 56 zu
unterstützen,
sind die freien Enden der Dachholme 106 und die freien
Enden der C-Säulen
von den darunter befindlichen Abschnitten der hydrogeformten Trägerelemente 14, 16 nach
außen
beabstandet. Die nicht hydrogeformte oder gestanzte vorderste Säulengruppe 94, 96 und
die Säulenstützgruppen 98, 99 schaffen
die A-Säulen
bzw. stützen
die C-Säulen,
während
sie sich trotzdem in die Konstruktionsbaueinheit des Kompaktfahrzeugs einpassen.
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Die
Holmsektionen 34, 36, 38, 40,
die nicht hydrogeformten oder gestanzten Säulenstützstrukturen 44, 46,
die inneren Träger, 76, 78 und
die Verbindungsstrukturen 66, 68, 70 und 86 bilden
im allgemeinen eine "Verdrehungsmomentzelle", die eine Sektion
der unteren Rahmenbaueinheit 12 unter dem Fahrgastraumbereich 60 aufweist,
die auf Crashbelastungen reagiert. Indem die A-Säulen und die kastenförmigen Säulenstützstrukturen 44, 46 als
nicht hydrogeformte oder gestanzte Strukturen hergestellt werden,
kann der Gitterrahmen 10 auf Crashbelastungen sowohl an
den äußeren hydrogeformten,
sich longitudinal erstreckenden Längsträgerelementen 14, 16 als
auch an den inneren gestanzten longitudinalen Trägern 76, 78 reagieren.
Da die Verbindungselemente 66 und 68 eine röhrenförmige hydrogeformte
Konstruktion sind und somit einen verhältnismäßig hohen Grad der Festigkeit
aufweisen, um z.B. Lasten zu unterstützen und um Verformungen während eines
Stoßes
zu widerstehen, besitzen diese Querträgerelemente 66, 68 eine
konstruktive Bedeutung in dem Sinne, dass sie die Sitzbelastung
tragen und die Verwindungseigenschaften des Fahrzeugs verbessern,
indem sie das Fahrzeug verwindungssteif machen.
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Die
nicht hydrogeformte Konstruktion der A-Säulengruppen 94, 96 schafft
eine bessere Einbeziehung von verschiedenen Rahmenkomponenten gegenüber einem
vollständig
hydrogeformten Entwurf. Da z.B. jede A-Säule eine nicht hydrogeformte Konstruktion
sein kann, wie etwa eine gestanzte Konstruktion, kann sie besser
in die umgebenden Blechstrukturen integriert werden, die die Armaturentafel, einen
Stoßdämpferdom 299 (siehe
z.B. 3), die oberen und unteren Verteilerstrukturen
usw. enthalten. Der Stoßdämpferdom 299 kann
vorgesehen sein, um eine Federbeinbaueinheit für die vordere Aufhängung, wie
etwa eine MacPherson-Federbeinbaueinheit
aufzunehmen.
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Es
sollte klar sein, dass in der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
die Bezugnahme auf Schweißen
zum Verbinden von Elementen lediglich eine mögliche Form der Verbindung
von Elementen darstellt und andere Befestigungsmechanismen oder
Befestigungseinrichtungen anstelle oder gemeinsam mit dem Schweißen verwendet
werden können.
Es sollte außerdem
klar sein, dass die hier erläuterten
nicht hydrogeformten Elemente durch einen beliebigen, nicht hydroformenden
Prozess, der das Stanzen oder andere Prozesstypen umfasst, gebildet
werden können.
Die Bezugnahme auf "Stanzen" und auf "gestanzte" Blechkonstruktionen
erfolgt, da dies ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der nicht
hydrogeformten Elemente in der dargestellten Ausführungsform
ist, es können
jedoch weitere Typen von nicht hydroformenden Prozessen in der dargestellten
Ausführungsform
verwendet werden.
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Es
ist klar, dass die Ausführungsform
des Fahrzeug-Gitterrahmens, die hier gezeigt und beschrieben wurde,
lediglich ein Beispiel ist und nicht den Umfang der Erfindung begrenzen
soll. Es wird z.B. vorgeschlagen, einen Hybrid-Gitterrahmen für Fahrzeuge
mit anderen Abmessungen und für
andere Typen von Fahrzeugen zu verwenden, die sportliche Gebrauchsfahrzeuge,
Kleintransporter und Lastwagen aller Typen enthalten. Es wird außerdem vorgeschlagen,
die Konstruktion des Gitterrahmens zu variieren. Die beispielhafte
Ausführungsform
des Gitterrahmens 10 zeigt zum Beispiel, dass die A-Säule durch
eine vordere Säulengruppe
an jeder Seite geschaffen wird. Es ist nicht beabsichtigt, den Umfang der
Erfindung auf diese Konstruktion zu beschränken. Es wird z.B. vorgeschlagen,
einen oberen Abschnitt der A-Säule
oder alternativ die gesamte A-Säule
un ter Verwendung eines röhrenförmigen hydrogeformten
Elements zu bilden. Jedes obere longitudinale Element kann so gebildet
werden, dass es einen vorderen säulenbildenden
Abschnitt umfasst, der sich einteilig von seinem holmbildenden Abschnitt
nach unten erstreckt. Der vordere säulenbildende Abschnitt jedes
oberen longitudinalen Elements kann sich nach unten erstrecken,
um eine Säulenstruktur
zu schaffen, die die gesamte A-Säule bildet
oder alternativ kann sich der vordere säulenbildende Abschnitt nach
unten erstrecken, um lediglich den oberen Abschnitt einer Säulenstruktur
zu bilden und dadurch lediglich einen oberen Abschnitt der zugeordneten
A-Säule
zu bilden. Wenn der vordere säulenbildende
Abschnitt des oberen longitudinalen Elements die gesamte A-Säule bildet,
kann das untere Ende des vorderen säulenbildenden Abschnitts unter
Verwendung einer Stanzblechbaueinheit, wie z. B. die Säulenstützstruktur 44 an
dem zugeordneten unteren Längsträgerelement
befestigt sein. Wenn der vordere säulenbildende Abschnitt des
oberen longitudinalen Elements lediglich einen oberen Abschnitt
der zugeordneten A-Säule
bildet, kann der untere Abschnitt der A-Säule durch eine Baueinheit aus Stanzblechkomponenten
geschaffen werden. Es könnte
z. B. eine vordere Säulenbaueinheit,
die der vorderen Säulenbaueinheit 94 ähnlich ist,
jedoch in vertikaler Richtung kürzer
ist, entworfen werden, um einen unteren Abschnitt der zugeordneten
A-Säule zu
schaffen und mit dem vorderen säulenbildenden Abschnitt
des zugeordneten oberen longitudinalen Elements zu verbinden. In
diesem Fall ist dann ein unterer Abschnitt jeder A-Säule eine
Stanzblechkonstruktion und der obere Abschnitt jeder A-Säule ist eine
röhrenförmige hydrogeformte
Konstruktion.