WO2003082655A1

WO2003082655A1 - Querträger zwischen zwei seitlichen randbereichen einer fahrzeugstruktur

Info

Publication number: WO2003082655A1
Application number: PCT/EP2003/001988
Authority: WO
Inventors: Ulrich Wiedemann; Jürgen Scheer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date: 2002-03-30
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2003-10-09
Also published as: EP1772354A2; DE10214473A1; EP1490254A1; EP1490254B1; EP1772354A3; ES2301781T3; DE50309733D1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen leichtbauenden Querträger zwischen zwei seitlichen Randbereichen einer Fahrzeugstruktur mit wenigstens einem Halteelement zur Anbindung von Fahrzeugfunktionselementen bekannt. Der einteilige Querträger (1) besteht in axialer Richtung aus zumindest zwei Abschnitten (2, 3) mit unterschiedlichen Wandstärken und gegebenenfalls mit unterschiedlichen Aussendurchmessern besteht, wobei sich zwischen den Abschnitten (2, 3) jeweils ein kontinuierlicher Übergangsbereich (4) befindet. Bei den meisten Querträgern ist eine hohe Steifigkeit nur auf der Fahrerseite notwendig, insbesondere wenn sie eine Tunnelabstützung aufweisen. Beim erfindungsgemässen Querträger (1) wird diese Erkenntnis dazu genutzt, einen leichten Querträger (1) zu bilden, indem der Abschnitt (3) des Querträgers (1) auf der Beifahrerseite eine niedrigere Wandstärke aufweist. Nach dem heutigen Erkenntnisstand ist auf der Beifahrerseite Wandstärke von maximal 50 % der Wandstärke auf der Fahrerseite vollkommen ausreichend.

Description

Querträger zwischen zwei seitlichen Randbereichen einer Fahrzeugstruktur

Die Erfindung betrifft einen Querträger zwischen zwei seitlichen Randbereichen einer Fahrzeugstruktur gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Derartige Querträger erstrecken sich im Rahmen einer Kraftfahrzeugstruktur unter anderem zwischen den vorderen bzw. A-Säulen und erfüllen unterschiedliche Funktionen. Sie dienen zum einen im weitesten Sinne als Cockpitträger bzw. als Halteeinrichtung für zahlreiche Anbauteile, wie zum Beispiel die Befestigung von Elementen der Lenksäule, Teile von Airbagsystemen, Komponenten von Lüftungsund / oder Klimatisierungseinrichtungen, ein Handschuhfach, etc. Darüber hinaus haben solche Querträger auch eine Versteifungsfunktion für die Fahrzeugstruktur.

Traditionell werden die Querträger häufig als Stahlrohrkonstruktion ausgebildet, die mit zahlreichen, jeweils individuell auf die anzubindenden Anbauelemente ausgerichteten Halteelementen verschweißt ist. Eine solche Stahlkonstruktion kann in Abhängigkeit von der jeweiligen konstruktiven und / oder werkstofflichen Ausbildung eine bedeutende Masse aufweisen. Die aus Gründen des Umweltschutzes geforderte Treibstoffeinsparung setzt jedoch eine Masseredu- zierung der Fahrzeuge voraus.

Aus der DE 197 15 069 A1 ist ein Querträger zwischen zwei seitlichen Randbereichen einer Fahrzeugstruktur mit wenigstens einem Halteelement zur Anbindung von Fahrzeugfunktionselementen bekannt. Der Querträger ist in wenigstens zwei, miteinander losbar in Verbindung stehende Teilabschnitte unterteilt Die Teilabschnitte können aus einem Leichtbauwerkstoff, wie zum Beispiel aus einem Leichtmetall, einer Leichtmetalllegierung oder einem faserverstärkten Kunststoff, bestehen Unter Berücksichtigung der durch Legierungsbildung erzielbaren Festigkeitsverhaltnisse kann sich bei gleicher Beanspruchbarkeit gegenüber dem Werkstoff Stahl eine Massereduzierung ergeben Innerhalb der Gruppe der Leichtmetalle kommen zahlreiche werkstoffhche Varianten in Betracht, wobei als Basiswerkstoff vorzugsweise Aluminium oder Magnesium zum Einsatz kommen

Aufgabe der Erfindung ist es, einen leicht bauenden Querträger zu schaffen

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelost

Kerngedanke der Erfindung ist es, dass der einteilige Querträger in axialer Richtung aus zumindest zwei Abschnitten mit unterschiedlichen Wandstarken und gegebenenfalls mit unterschiedlichen Außendurchmessern besteht, wobei sich zwischen den Abschnitten jeweils ein kontinuierlicher Ubergangsbereich befindet Bei den meisten Querträgern ist eine hohe Steifigkeit nur auf der Fahrerseite notwendig, insbesondere wenn sie eine Tunnelabstutzung aufweisen Beim erfindungsgemaßen Querträger wird diese Erkenntnis dazu genutzt, einen leichten Querträger zu bilden, indem der Abschnitt des Querträgers auf der Beifahrerseite eine niedrigere Wandstarke aufweist Nach dem heutigen Erkenntnisstand ist auf der Beifahrerseite eine Wandstarke von maximal 50% der Wandstarke auf der Fahrerseite vollkommen ausreichend Einher mit der deutlich geringeren Wandstarke auf der Beifahrerseite geht eine deutliche Gewichtsersparnis des Querträgers So kann der erfindungsgemaße Querträger ohne große Mehrkosten einen deutlichen Beitrag zur geforderten Gewichtsreduzierung des Gesamtfahrzeugs beitragen, ohne funktional relevante Einbußen bezüglich der Biege- und Beulsteifigkeit in Kauf nehmen zu müssen

Neben dieser ersten groben Unterscheidung zwischen Fahrer- und Beifahrerseite sind aber auch noch wesentlich feinere Abstufungen denkbar So kann der erfindungsgemaße Querträger beispielsweise an den Enden im Bereich der Befestigung an die restliche Karosserie größere Wandstarken aufweisen als in den unmittelbar daran angrenzenden Abschnitten des Querträgers Auch im Bereich der Anbindung der Lenksäule kann der Querträger gezielt eine größere Wandstarke aufweisen Auch kann der Querträger aus Gründen des zur Verfugung stehenden Bauraums im Bereich eines Beifahrerairbags nach hinten zurückversetzt sein Der Bereich, an dem der Querträger zurückspringt, stellt dabei eine Schwachstelle dar, die zum Beispiel durch dickere Wandstarken im Bereich dieses Rucksprungs kompensiert werden kann Zusammenfassend lasst sich also sagen, dass der erfindungsgemaße Querträger entsprechend der Anforderungen mehrfach wechselnde Wandstarken aufweisen kann

Die Ubergangsbereiche können dabei nicht nur unterschiedliche Außendurchmesser zwischen den Abschnitten aufgrund unterschiedlicher Wandstarken ausgleichen, sondern ganz allgemein einen kontinuierlichen Übergang zwischen unterschiedlichen Außendurchmessern der Abschnitte schaffen So kann beispielsweise ein erster Abschnitt einen Außendurchmesser von 80 mm aufweisen, wohin gegen ein zweiter Abschnitt mit der dünneren Wandstarke einen Außendurchmesser von nur 40 mm hat Der Ubergangsbereich zwischen den beiden Abschnitten schafft einen kontinuierlichen Übergang zwischen den unterschiedlichen Wandstarken und Außendurchmessern

Der Querträger ist im Gegensatz zu den bekannten leicht bauenden Querträgern einteilig hergestellt Somit müssen keine einzelnen Teilabschnitte gefugt werden Dadurch entstehen keine unerwünschten Fugetoleranzen und es gibt keine dynamische Schwächung an Fugestellen

Der Querträger besteht in einer vorteilhaften Ausgestaltung aus Stahl Stahl bietet als Werkstoff eine hohe Steifigkeit und ist gut schweißbar Damit ist die Anbringung von Anbauelementen in bewahrter Weise möglich

Alternativ besteht der Querträger gunstigerweise aus einem Leichtmetall, wie Aluminium oder Magnesium bzw einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung Leichtmetalle weisen ein relativ geringes spezifisches Gewicht und eine vergleichsweise hohe Steifigkeit auf, sodass sie zur Gewichtseinsparung prädestiniert sind.

Der Querträger weist idealerweise einen rohrförmigen Querschnitt auf. Als rohrförmig gilt hier jede Querschnittsform, die einen Hohlraum ummantelt. Die Form des Hohlraums oder die äußere Form des Querträgers sind dabei unerheblich. Ein Querträger mit einem rohrförmigen Querschnitt weist bezogen auf das Gewicht hohe axiale Flächenmomente und Widerstandsmomente auf. Geeignet sind aber auch einseitig offene C- oder U-förmige Querschnitte, in die Luftkanäle und / oder elektrische Kabel integrierbar sind.

Der Querträger kann vorteilhafterweise aus variabel gewalzten Platinen hergestellt sein. Die variabel gewalzten Platinen werden anschließend beispielsweise zu einem Rohr gerollt, das dann als Querträger dient. Derartige variabel gewalzte Platinen - auch „tailor rolled blanks" genannt - weisen definiert unterschiedliche Blechdickenverläufe quer zur Walzrichtung auf. Die Dickenübergänge erfolgen kontinuierlich. Ein aus einer solchen variabel gewalzten Platine gerolltes Rohr kann anschließend in die für den Querträger benötigte Form gebogen werden.

Alternativ kann der Querträger auch durch ein variables Extrusionsverfahren hergestellt sein. Bei solchen variablen Extrusionsverfahren kann während des Extrusioπsprozesses das Mundstück durch Schieber variiert werden. Derartige Extrusionsverfahren kommen bereits bei der Extrusion von Dichtungen zum Einsatz und es wird daran gearbeitet, solche variablen Extrusionsverfahren auch bei Leichtmetallen industriell einsetzen zu können.

Der extrudierte bzw. aus einer variabel gewalzten Platine hergestellte Querträger mit einem rohrförmigen Querschnitt kann günstigerweise im Innenhochdruck- verfahren gebogen und / oder kalibriert sein. Dieses Verfahren ermöglicht es, auch komplizierte Umformvorgänge am Querträger durchzuführen. So kann der gesamte Querträger kalibriert werden, um zum Beispiel mögliche Toleranzabweichungen gegenüber den Sollmaßen auszugleichen. Der Übergangsbereich zwischen dem ersten Abschnitt mit der hohen Wandstärke und dem zweiten Abschnitt mit der niedrigen Wandstärke wird entsprechend den statischen und dynamischen Anforderungen ausgelegt. Dabei erscheinen Steigungen im Übergangsbereich von 1/40 oder kleiner am zielführendsten. Die Wandstärke kann sich am Außendurchmesser, am Innendurchmesser oder sowohl am Außen- als auch am Innendurchmesser verringern.

In der Zeichnung ist ein Ausführuπgsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher beschrieben wird. Die Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Querträgers und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Querträger.

Ein in einem Kraftfahrzeug als Cockpitträger dienender Querträger 1 aus Stahl mit einem rohrförmigen Querschnitt besteht aus einem ersten Abschnitt 2 auf der Fahrerseite mit einer hohen Wandstärke und einem zweiten Abschnitt 3 auf der Beifahrerseite mit einer niedrigen Wandstärke. Zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 2 und 3 befindet sich ein Übergangsbereich 4. Der Übergangsbereich 4 schafft mit einer Steigung von 1/40 einen kontinuierlichen Übergang zwischen den beiden Abschnitten 2 und 3.

An den Querträger 1 sind mehrere Halteelemente 5 für hier nicht dargestellte Anbauelemente angeschweißt. Als Anbauelement wird an den Halteelementen 5 beispielsweise eine Lenksäule oder ein Beifahrerairbag-Modul befestigt. Am linken und am rechten Ende des Querträgers 1 sind Befestigungselemente 6 angebracht, die eine schnelle und bequeme Montage des Querträgers 1 an der restlichen Fahrzeugkarosserie ermöglichen. Im mittleren Bereich weist der Querträger 1 eine Tunnelabstutzung 7 auf, die beispielsweise die durch die Lenksäule in den ersten Abschnitt 2 auf der Fahrerseite eingeleiteten Kräfte mit aufnehmen kann. Aufgrund dieser Tunnelabstutzung 7 sind auf der Beifahrerseite die Kräfte, denen der Querträger 1 mit dem zweiten Abschnitt 3 standhalten muss, deutlich geringer als auf der Fahrerseite. Daher kann dieser zweite Abschnitt 3 eine deutlich geringere Wandstärke aufweisen, als der erste Abschnitt 2. Dies führt zu einer Reduzierung der Masse des Querträgers 1 um ca. 0,5 bis 1 ,0 Kilogramm, ohne dass damit nennenswert höhere Kosten verbunden wären.

Der Querträger 1 ist aus einer gerollten Platine hergestellt, die zuvor variabel gewalzt wurde. Dieses Herstellverfahren ist beispielsweise in der EP 1 074 317 A1 beschrieben. Der zweite Abschnitt 3 hat dabei eine Wandstärke von maximal 50% der Wandstärke des ersten Abschnitts 2. Der Außendurchmesser des Querträgers 1 kann dabei über seine ganze Länge gleich bleiben. Die Reduzierung der Wandstärke im zweiten Abschnitt 2 wirkt sich dann nur auf den Innendurchmesser aus. Dies hat den Vorteil, dass die Auslegung der Wandstärken im ersten und zweiten Abschnitt 1 und 2 unabhängig vom Abstimmprozess für die Halteelemente 5 und Befestigungselemente 6 erfolgen kann. Eine Änderung der Wandstärken kann somit sogar noch in der Serie erfolgen, ohne dass die Halteelemente 5 und die Befestigungselemente 6 erneut angepasst werden müssen.

Claims

Patentansprüche

1. Querträger zwischen zwei seitlichen Randbereichen einer Fahrzeugstruktur mit wenigstens einem Halteelement zur Anbindung von Fahrzeugfunktions- elementen, dadurch gekennzeichnet, dass der einteilige Querträger (1) in axialer Richtung aus zumindest zwei Abschnitten (2, 3) mit unterschiedlichen Wandstärken und gegebenenfalls mit unterschiedlichen Außendurchmessern besteht, wobei sich zwischen den Abschnitten (2, 3) jeweils ein kontinuierlicher Übergangsbereich (4) befindet.

2. Querträger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (1 ) aus Stahl besteht.

3. Querträger nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (1 ) aus einem Leichtmetall, wie Aluminium oder Magnesium bzw. einer

Aluminium- oder Magnesiumlegierung, besteht.

4. Querträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn_¬ zeichnet, dass der Querträger (1) einen rohrförmigen Querschnitt aufweist.

5. Querträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (1 ) aus variabel gewalzten Platinen hergestellt ist.

6. Querträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (1) durch ein variables Extrusionsverfahren hergestellt ist.

7. Querträger nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger im Innenhochdruckverfahren gebogen und / oder kalibriert ist.

8. Querträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsbereich (4) eine Steigung von 1/40 oder kleiner aufweist.