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Die
Erfindung betrifft einen Aufbau für ein Kraftfahrzeug mit einer
Karosserie und mit einem Rahmenbauteil zur Versteifung der Karosserie
nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Derartige
Aufbauten für
Kraftfahrzeuge sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Hierbei
wird im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs häufig ein teilweise auch als
Hilfsrahmen bezeichnetes Rahmenbauteil eingesetzt, an dem verschiedene für das Kraftfahrzeug
wichtige Teile angebracht sind, wie beispielsweise die Brennkraftmaschine,
die Lenkung oder das sogenannte Frontend, an dem wiederum der Kühler befestigt
ist.
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Zur
Gewichtseinsparung werden solche Rahmenbauteile häufig aus
Aluminium hergestellt, wobei es sich aus Kosten- und Fertigungsgründen meist
um Gussteile handelt. In Crashversuchen wurde jedoch festgestellt,
dass solche Rahmenbauteile insbesondere in Knotenbereichen zum Brechen
neigen, was zu einer Verringerung der Crashsicherheit führen würde. Aus
Bauraumgründen
ist es meist nicht möglich,
das Rahmenbauteil in den hochbelasteten Bereichen größer auszuführen, um
dem Problem auf diese Weise zu begegnen. Auch die Ausführung des
Rahmenbauteils aus einem Stahlwerkstoff wäre theoretisch denkbar, dadurch
würde sich
allerdings die Masse des Rahmenbauteils und somit die Masse des
gesamten Kraftfahrzeugs erhöhen,
was wiederum zu einer Erhöhung
des Kraftstoffverbrauchs führen
würde und
somit nicht zielführend
wäre. Des
weiteren würde
eine Ausführung
des Rahmenbauteils aus Stahl eine sehr aufwändige und damit sehr kostenintensive
Konstruktion erfordern.
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Aus
der
DE 103 59 785
A1 ist ein als Gussteil ausgebildetes Anbauteil für ein Fahrzeug
bekannt, das an eine Fahrzeugkarosserie des Fahrzeugs anschließbar ist
und hierzu ein in Hohlräumen
aufgenommenes Anschlussteil aufweist, das bei der Herstellung des
Gussteils in dasselbe eingegossen wird. Allerdings ist dieses Anbauteil
nicht in der Lage, die oben genannte Problematik, insbesondere im
Hinblick auf die unzureichende Crashsicherheit, zu lösen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufbau für ein Kraftfahrzeug
mit einer Karosserie und mit einem Rahmenbauteil zur Versteifung
der Karosserie zu schaffen, welcher eine ausreichende Steifigkeit,
ein geringes Gewicht und eine geringe Baugröße bei kompakter Bauform aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch
das erfindungsgemäße Versteifungsteil
aus einem Material mit einer höheren
Duktilität
als das Material des Rahmenbauteils ergibt sich eine erhebliche
Versteifung des Rahmenbauteils und somit des gesamten Aufbaus bzw.
der gesamten Karosserie, so dass ein Versagen einzelner Bauteile
im Crashfall ausgeschlossen werden kann. Das Versteifungsteil nimmt
durch seine hohe Duktilität,
also durch sein hohes Verformungsvermögen, einen Großteil der
Verformungsenergie auf und ist somit in der Lage, die an dem Gussknoten
entstehende Schwachstelle zu überbrücken, so
dass ein vorzeitiges Versagen desselben verhindert werden kann.
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Durch
das Eingießen
des Versteifungsteils in das Rahmenbauteil wird trotz der wesentlich
erhöhten
Festigkeit vorteilhafterweise keinerlei zusätzlicher Raum beansprucht.
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Wenn
in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, dass das Rahmenbauteil
zwei voneinander beabstandete, auf beiden Seiten der Karosserie
angeordnete Arme aufweist, so kann eine weitere Versteifung des
Rahmenbauteils dadurch erreicht werden, dass in jedem der Arme ein
Versteifungsteil angeordnet ist.
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Eine
besonders gute Verbindung des Versteifungsteils mit dem Rahmenbauteil
kann erreicht werden, wenn das Rahmenbauteil mehrere Rippen aufweist,
wobei das wenigstens eine Versteifungsteil durch die Rippen umgossen
ist.
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Des
weiteren kann vorgesehen sein, dass das Versteifungsteil eine in
Längsrichtung
desselben verlaufende, zur Versteifung dienende Sicke aufweist.
Durch eine derartige Sicke kann das Versteifungsteil höhere Kräfte aufnehmen
oder alternativ mit ei nem geringeren Querschnitt ausgeführt werden.
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Eine
hinsichtlich der Festigkeit und Duktilität des Versteifungsteils besonders
vorteilhafte Ausführungsform
ergibt sich, wenn das Versteifungsteil aus Stahl, insbesondere aus
Edelstahl, besteht. Die Verwendung von Edelstahl hat den weiteren
Vorteil, dass es sich dabei um ein Material handelt, das metallurgisch
sehr gut mit der Aluminiumlegierung des Rahmenbauteils harmoniert.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 einen
Teil des erfindungsgemäßen Aufbaus
mit dem Rahmenbauteil und dem darin integrierten Versteifungsteil;
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2 eine
Draufsicht auf den Aufbau gemäß dem Pfeil
II aus 1;
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3 eine
vergrößerte Darstellung
des Versteifungsteils aus 1 in einer ersten Ausführungsform;
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4 einen
Schnitt nach der Linie IV-IV aus 3;
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5 eine
zweite Ausführungsform
des Versteifungsteils;
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6 einen
Schnitt nach der Linie VI-VI aus 5;
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7 einen
Schnitt nach der Linie VII-VII aus 5;
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8 einen
Schnitt nach der Linie VIII-VIII aus 5;
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9 eine
dritte Ausführungsform
des Versteifungsteils; und
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10 eine
vierte Ausführungsform
des Versteifungsteils.
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1 zeigt
einen Aufbau 1 für
ein in seiner Gesamtheit nicht dargestelltes Kraftfahrzeug, welches
in an sich bekannter Weise eine Karosserie 2 aufweist.
Neben einer A-Säule 3 ist
von der Karosserie 2 noch ein seitlicher Schweller 4 dargestellt,
der gemeinsam mit der A-Säule 3 einen
Türausschnitt 5 bildet.
Der Aufbau 1 weist drei sogenannte Lastebenen auf, von
denen die erste, nicht dargestellte Lastebene durch eine sogenannte
Kotflügelbank
gebildet wird. Die im vorliegenden Fall durch einen zwei parallele
Längsträger gebildete
zweite Lastebene ist mit dem Bezugszeichen 6 und die dritte
Lastebene mit dem Bezugszeichen 7 versehen. Mit der Bezeichnung "Lastebene" werden im Fahrzeugbau üblicherweise
diejenigen Ebenen bezeichnet, über
die im Crashfall, also im Falle einer Kollision des Kraftfahrzeugs
mit einem anderen Kraftfahrzeug oder einem festen Hindernis, eine
Kraft in den Aufbau 1 bzw. die Karosserie 2 eingeleitet
wird.
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An
der dritten Lastebene 7 sind einerseits ein nur sehr schematisch
angedeutetes Frontend 8, welches unter anderem zur Aufnahme
eines nicht dargestellten Kühlers
dienen kann, und andererseits ein auch als Hilfsrahmen bezeichnetes
Rahmenbauteil 9 angebracht, das auf diese Weise die dritte
Lastebene 7 mit dem Rahmen 1 verbindet. Das aus
einer Aluminiumgusslegierung bestehende Rahmenbauteil 9 ist an
mehreren, also mindestens an zwei Punkten mit der Karosserie 2 des
Kraftfahrzeugs verbunden und besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus einer Aluminiumgusslegierung. An dem Rahmenbauteil 9 können neben
dem Frontend 8 in nicht dargestellter Weise auch eine Lenkung
für das
Kraftfahrzeug und eine Brennkraftmaschine angebracht sein. Die Lenkung
verläuft
dabei im montierten Zustand durch eine Ausnehmung 10 in
dem Rahmenbauteil 9, die aus Platzgründen an ihrer Unterseite nicht
geschlossen werden kann. Durch die Ausnehmung 10 wird im
vorliegenden Fall die Festigkeit des Rahmenbauteils 9 sehr
stark verringert, was zu Lasten der Crashsicherheit geht.
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Um
das Crashverhalten des Rahmenbauteils 9 und somit des gesamten
Aufbaus 1 zu verbessern, ist in dasselbe ein Versteifungsteil 11 aus
einem Material mit einer höheren
Duktilität
als derjenigen des Materials des Rahmenbauteils 9 eingegossen.
Als Material für
das Versteifungsteil 11 kommen vorzugsweise Stahl, insbesondere
Edelstahl, jedoch auch andere Materialien in Frage, die eine höhere Duktilität als die
Aluminiumgusslegierung des Rahmenbauteils 9 aufweisen.
Zusätzlich
zu der höheren
Duktilität weist
das Versteifungsteil 11 auch eine höhere Festigkeit als das Rahmenbauteil 9 selbst
auf.
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In
den 1 und 2 ist das Versteifungsteil 11 nur
sehr schematisch dargestellt und es ist in 2 zu erkennen,
dass das Rahmenbauteil 9 mit Ausnahme nicht dargestellter
Anlenkpunkte im wesentlichen spiegelbildlich und U-förmig ausgebildet ist
und zwei Arme 12 aufweist, die voneinander beabstandet
und auf beiden Seiten der Karosserie 2 angeordnet sind.
Zur Erhöhung
der Versteifungswirkung ist in jedem der Arme 12 ein Versteifungsteil 11 angeordnet.
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In
der Darstellung gemäß 3 ist
zu erkennen, dass das Versteifungsteil 11 an seinem der
dritten Lastebene 7 zugewandten Ende so über das Rahmenbauteil 9 übersteht,
dass es mit dem Frontend 8 verbunden werden kann. Diese
Verbindung kann auf verschiedene Arten erfolgen, auf die hierin jedoch
nicht eingegangen wird. Das Rahmenbauteil 9 weist in demjenigen
Bereich, in dem sich das Versteifungsteil 11 befindet,
mehrere Rippen 13 auf, mit denen das Versteifungsteil 11 umgossen
ist, sodass sich eine besonders feste Verbindung zwischen dem Rahmenbauteil 9 und
dem Versteifungsteil 11 ergibt. Bei der Herstellung des
Rahmenbauteils 9 wird das Versteifungsteil 11 in
eine nicht dargestellte Gießform,
beispielsweise eine Druckgießform
oder eine Kokille, eingelegt und mit dem Material des Rahmenbauteils 9 umgossen,
sodass sich eine formschlüssige
Verbindung ergibt.
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In 4 ist
das Versteifungsteil 11 im Querschnitt dargestellt und
es ist erkennbar, dass dieses aus einem runden Vollmaterial besteht.
Alternativ dazu kann, wie später
noch deutlich wird, das Versteifungsteil 11 als Rohr oder
als ein im wesentlichen flaches Blechpressteil ausgebildet sein.
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Die 5, 6, 7 und 8 zeigen eine
weitere Ausführungsform
des Versteifungsteils 11, das hierbei ebenfalls mit den
Rippen 13 des Rahmenbauteils 9 umgossen ist. An seinem
dem Frontend 8 gegenüberliegenden
Ende weist das Versteifungsteil 11 eine wenigstens annähernd trichterförmige Erweiterung 14 auf,
welche durch das Rahmenbauteil 9 umgossen ist. Durch die
trichterförmige
Erweiterung 14 ergibt sich eine Vergrößerung der Verbindungsfläche zwischen
dem Versteifungsteil 11 und dem Rahmenbauteil 9,
sodass sich die Festigkeit dieser Verbindung erhöht. In dem Schnitt gemäß 6 ist
erkennbar, dass das dem Frontend 8 zugewandte Ende des
Versteifungsteils 11 beispielsweise in U-Form ausgeführt werden
kann, um eine besonders einfache Anbringung des Frontends 8 an
dem Versteifungsteil 11 zu erreichen. Selbstverständliche kommen
hier, abhängig
von der Gestaltung des Frontends 8 und der ausgewählten Verbindungsart,
auch andere Querschnitte in Frage, wie z.B. eine geschlossene Rechteckform
oder eine Z-Form.
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Eine
weitere Ausführungsform
des Versteifungsteils 11 ist in 9 dargestellt.
Hierbei weist das Versteifungsteil 11 eine in Längsrichtung
desselben verlaufende, zur Versteifung desselben dienende Sicke 15 auf,
die durch ein an sich bekanntes Umformverfahren in das Versteifungsteil 11 eingebracht werden
kann.
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Die
Ausführungsform
des Versteifungsteils 11 gemäß 10 ist
sehr ähnlich
zu derjenigen gemäß 9 mit
dem Zusatz, dass das Versteifungsteil 11 an seiner dem
Frontend 8 zugewandten Seite mit einer Abschlussplatte 16 versehen
ist, die Ausnehmungen 17 aufweist, an denen das Frontend 8 angeschraubt
oder auf andere Weise angebracht werden kann.