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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Tragstruktur für
ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen,
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 41 35 361 A1 ist eine
derartige Tragstruktur bekannt und umfasst im Bereich einer Radaufhängung einen
Längsträger, der
an einer Fahrzeugseite angeordnet ist und in einen frontseitigen
oder heckseitigen Endabschnitt der Tragstruktur mit einem Endquerträger verbunden
ist. Dieser Endquerträger
ist zweischalig aufgebaut und besitzt dementsprechend eine dem jeweiligen
Fahrzeugende zugewandte Außenschale
sowie eine vom jeweiligen Fahrzeugende abgewandte Innenschale. Die beiden
Schalen grenzen in Fahrzeuglängsrichtung aneinander
an und sind in Fahrzeuglängsrichtung durch
eine Schweißnaht
miteinander verbunden. Um eine besonders hohe Torsionssteifigkeit
in diesem Bereich der Tragstruktur erzielen zu können, durchdringt der Längsträger sowohl
die Innenschale als auch die Außenschale
jeweils in einer entsprechenden Durchtrittsöffnung. Im Bereich der Durchtrittsöffnungen
ist der Längsträger dann
mit der jeweiligen Schale mittels einer geschlossen umlaufenden Schweißnaht fest
verbunden.
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Bei der bekannten Tragstruktur durchdringt somit
der Längsträger den
kompletten Endquerträger,
wodurch ein Anbau einer zusätzlichen
Baugruppe in Fahrzeuglängsrichtung
an den Tragrahmen erschwert ist.
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Aus der
DE 843 503 C und der
DE 801 607 C sind Verbindungen
zwischen einem Längsträger und
einem einschaligen Querträger
bekannt, bei denen der Querträger
eine oder mehrere Durchtrittsöffnungen
besitzt, deren Profil komplementär
zu einem Querschnittsprofil des Längsträgers ausgebildet ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit
dem Problem, für
eine Tragstruktur der eingangs genannten Art eine andere oder eine
verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die insbesondere das Anbauen einer zusätzlichen
Baugruppe vereinfacht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken,
den Längsträger nur
durch die Innenschale hindurchzustecken und stirnseitig, noch im
Inneren des Querträgers
an der Außenschale
zu befestigen. Durch diese Bauweise kann zum einen eine gewünschte Torsionssteifigkeit
in diesem Abschnitt der Tragstruktur gewährleistet werden, wobei zum anderen
die Außenschale
an ihrer von der Innenschale abgewandten Außenseite relativ frei gestaltet werden
kann, wodurch insbesondere das Anbauen einer weiteren Baugruppe
relativ einfach realisierbar ist.
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Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform,
bei welcher eine Endbaugruppe ein Verbindungselement aufweist, das
durch die Außenschale
hindurch mit dem Längsträger verschraubt
ist. Bei dieser Bauweise befindet sich die Außenschale zwischen dem Verbindungselement
der Endbaugruppe und dem Längsträger. Durch
die Verschraubung ist die Außenschale
somit zwischen Längsträger und Verbindungselement
eingespannt, so dass sich Verbindungselement und Längsträger über die
Außenschale
aneinander in Fahrzeuglängsrichtung
abstützen.
Durch diese Bauweise ergibt sich für die Befestigung der Außenschale
am Längsträger und
am Verbindungselement ein Formschluß über die Schrauben sowie ein
Reib- oder Kraftschluß über die
Einspannung. Andere, aufwendigere Verbindungstechniken, wie z.B.
Schweißverbindungen,
sind zur festen Anbindung des. Verbindungselements und des Längsträgers an
der Außenschale
nicht erforderlich. Die Herstellung der Tragstruktur kann somit
zumindest in diesem Abschnitt vereinfacht werden. Die Verwendung
einer Verschraubung zur Anbindung der Endbaugruppe an der Tragstruktur
vereinfacht einen Austausch der Endbaugruppe. Beispielsweise umfasst
die Endbaugruppe einen Frontstoßfänger oder einen
Heckstoßfänger, der
dadurch nach einer Beschädigung
kostengünstig
ausgetauscht werden kann.
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Der Längsträger kann bei einer anderen
Ausführungsform
zumindest in einem in den Querträger eingesteckten
Endabschnitt ein einseitig offenes Profil aufweisen. Ein derart
profilierter Längsträger kann preiswert
hergestellt werden. Zweckmäßig kann
nun die offene Seite des Längsträgers innerhalb
des Querträgers
mit einem Schließteil
verschlossen werden, das am Längsträger befestigt
ist. Vorteilhafterweise erstreckt sich dieses Schließteil von
der Innenschale bis zur Außenschale.
Durch das Schließen des
Profils mit Hilfe des Schließteils
kann die Steifigkeit des Längsträgers und
somit der kompletten Verbindung zwischen Querträger und Längsträger erheblich gesteigert werden.
Insbesondere kommt es dabei zu Materialverdoppelungen, die in erhöhtem Maße zur Aussteifung
beitragen.
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Eine weitere Aussteifung der Verbindung zwischen
Querträger
und Längsträger kann
dadurch erreicht werden, dass einerseits der Längsträger stirnseitig an einer Innenkonsole
befestigt ist, wobei die Verschraubung zwischen Verbindungselement und
Längsträger über die
Konsole und durch die Außenschale
erfolgt, so dass die Außenschale über die Konsole
zwischen Verbindungselement und Längsträger eingespannt ist. Zweckmäßig sind
die miteinander verschraubten Bauteile dazu mit geeigneten Flanschen
ausgestattet, die bei ihrer Verspannung mit der Außenschale
wieder zu Materialverdoppelungen führen. Weitere Materialverdoppelungen
ergeben sich an den Anbindungsstellen zwischen der jeweiligen Konsole
und dem Verbindungselement bzw. dem Längsträger. Darüber hinaus kann auch eine Außenkonsole
vorgesehen sein, die am Verbindungselement befestigt ist und über die
das Verbindungselement an der Außenseite der Außenschale befestigt
ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und
aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend
genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur
in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei
sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche
Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine
Explosionsdarstellung eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Tragstruktur,
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2 einen
Längsschnitt
in einer Seitenansicht durch den in 1 gezeigten
Ausschnitt der Tragstruktur,
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3 einen
Längsschnitt
in einer Draufsicht des in 1 gezeigten
Ausschnitts der Tragstruktur.
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Entsprechend den 1 bis 3 umfasst
eine erfindungsgemäße Tragstruktur 1 eines
Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, zumindest
einen Längsträger 2,
der an einer Fahrzeugseite angeordnet ist. Üblicherweise besitzt die Tragstruktur 1 zwei
solche Längsträger 2,
die sich bezüglich
einer Längsmittelebene
der Tragstruktur 1 an beiden Fahrzeugseiten gegenüberliegen.
Die Erfindung wird im folgenden jedoch nur am Beispiel des einen,
hier gezeigten Längsträgers 2 erläutert. Ein entsprechender
Aufbau ergibt sich dann auch beim anderen, nicht gezeigten Längsträger 2.
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In einem frontseitigen oder in einem
heckseitigen Endabschnitt 4 des Längsträgers 2 ist dieser
mit einem Endquerträger 3 verbunden.
Bei zwei Längsträgern 2 sind
diese über
den Endquerträger 3 miteinander
verbunden. Beim Endquerträger 3 handelt
es sich um den bezüglich
der Fahrzeuglängsrichtung am
weitesten außen
angeordneten Querträger
der Tragstruktur, der noch fest mit dem Fahrzeugrohbau verbunden
ist bzw. einen integralen Bestandteil des Fahrzeugrohbaus bildet.
Sofern es sich bei dem hier gezeigten und mit 4 bezeichneten
Endabschnitt des Längsträgers 2 um
einen frontseitigen Endabschnitt 4 handelt, bildet der
Endquerträger 3 bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung
den vordersten Querträger. Im
Unterschied dazu bildet der Endquerträger 3 bezüglich der
Fahrzeuglängsrichtung
den hintersten Querträger,
wenn entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der gezeigte Endabschnitt 4 ein heckseitiger
Endabschnitt 4 ist.
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Der Endquerträger 3 besitzt einen
zweischaligen Aufbau und umfasst somit eine Außenschale 5 und eine
Innenschale 6. Eine Trennebene oder Trennfläche, an
der die beiden Schalen 5, 6 miteinander verbunden
sind, erstreckt sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung, so dass die Schalen 5, 6 in
Fahrzeuglängsrichtung
aneinander angrenzen. In entsprechender Weise erfolgt auch die Anbindung
der beiden Schalen 5, 6 aneinander in Fahrzeuglängsrichtung.
Die Außenschale 5 ist
dem jeweiligen Fahrzeugende (Frontende oder Heckende) zugewandt, während die
Innenschale 6 vom jeweiligen Fahrzeugende abgewandt ist.
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Die Innenschale 6 enthält eine
Durchtrittsöffnung 7,
die so dimensioniert ist, dass durch die Durchtrittsöffnung 7 hindurch
der Längsträger 2 mit seinem
Endabschnitt 4 in den Endquerträger 3 einsteckbar
ist. An einem Rand der Durchtrittsöffnung 7 sind Laschen 8 ausgebildet,
die bei eingestecktem Längsträger 2 außen an diesem
zur Anlage kommen. Im Bereich dieser Laschen 8 kann der
Längsträger 2 besonders
einfach mit der Innenschale 6 fest verbunden werden. Beispielsweise
werden Innenschale 6 und Längsträger 2 miteinander
verschweißt,
insbesondere mittels Punktschweißen.
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Wie aus 1 hervorgeht, ist der Längsträger 2 zumindest
in seinem Endabschnitt 4 mit einem einseitig offenen Profil
ausgestattet, das hier einen U-förmigen
Querschnitt besitzt. Dementsprechend weist der Längsträger 2 bei 9 eine
offene Seite auf.
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Entsprechend 2 umfasst die Tragstruktur 1 im
Inneren des Endquerträgers 3 außerdem ein Schließteil 10 sowie
eine Innenkonsole 11, die hier zweiteilig ausgebildet ist
und somit ein erstes Innenkonsolenteil 12 sowie ein zweites
Innenkonsolenteil 13 aufweist. Die Innenkonsolenteile 12, 13 bilden
dabei separate Elemente, die unabhängig voneinander am Längsträger 2 und
an der Außenschale 5 befestigt
werden können.
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Entsprechend den 2 und 3 ist
der Längsträger 2 im
zusammengebauten Zustand der Tragstruktur 1 so weit in
den Endquerträger 3 eingesteckt,
dass er mit seiner vorausgehenden Stirnseite 14 an der
Außenschale 5 befestigbar
ist. Die An bindung an die Außenschale 5 kann
dabei grundsätzlich direkt
erfolgen. Bevorzugt wird hier jedoch eine indirekte Befestigung über die
Innenkonsole 11, d.h., die Innenkonsole 11 ist
an der Stirnseite 14 fest mit dem Längsträger 2 verbunden, z.B.
mittels einer Schweißverbindung.
Die Innenkonsole 11 ist außerdem an einer der Innenschale 6 zugewandten
Innenseite 15 der Außenschale 5 befestigt.
Mit Hilfe der Innenkonsole 11 ist somit der Längsträger 2 stirnseitig
indirekt an der Innenseite 15 der Außenschale 5 befestigt. Dabei
wird für
die Innenkonsole 11 die hier gezeigte, zweiteilige Ausführungsform
bevorzugt, da dadurch Herstellungstoleranzen besonders einfach ausgeglichen
werden können.
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Wie aus 1 hervorgeht, sind an den Innenkonsolenteilen 12,13 Haltelaschen 16 abgewinkelt,
die mittels Ausbuchtungen 17 versteift sind. Die Stirnseite 14 des
Längsträgers 2 ist
mit Aussparungen 18 versehen, die komplementär zu den
Ausbuchtungen 17 geformt sind. Hierdurch kann im Bereich der
Innenkonsole 11 eine besonders große Materialverdoppelung erreicht
werden.
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Im Inneren des Endquerträgers 3,
also zwischen Außenschale 5 und
Innenschale 6, ist die offene Seite 9 des Längsträgers 2 mit
Hilfe des Schließteils 10 verschlossen.
Dabei erstreckt sich dieses Schließteil 10 von einer
der Außenschale 5 zugewandten
Innenseite 19 der Innenschale 6 bis etwa zur Innenseite 15 der
Außenschale 5.
Das Schließteil 10 ist über seitlich
abstehende Flansche 20 mit dem Längsträger 2 verbunden, der
zu diesem Zweck komplementäre
Flansche 21 aufweist (vgl. 1).
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Um das Einführen des Längsträgers 2 in den Endquerträger 3 zu
vereinfachen, besitzt die Durchtrittsöffnung 7 einen Innenquerschnitt,
der deutlich größer ist
als der Außenquerschnitt des
Längsträgers 2 im
Endabschnitt 4. Durch diese Querschnittsdifferenz entsteht
im Einbauzustand ein offener Restquerschnitt, der bei geeigneter
Dimensionierung von Längsträger 2 und
Durchtrittsöffnung 7 nur
an einer Seite, hier oben, an den Längsträger 2 anschließt. Am Schließteil 10 ist
ein Abschnitt 22 abgewinkelt, der über nicht näher bezeichnete Ausbuchtungen versteift
ist und im Einbauzustand den genannten offenen Restquerschnitt verschließt. Dabei
deckt dieser Abschnitt 22 an der Innenseite 19 der
Innenschale 3 den Restquerschnitt ab. Des Weiteren ist
das Schließteil 10 zweckmäßig mit
der Innenkonsole 11 fest verbunden.
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Entsprechend 2 kann die offene Seite 9 des
Längsträgers 2 außerhalb
des Endquerträgers 3 mit
Hilfe eines Fahrzeugbodens 23 verschlossen werden, der
zweckmäßig über einen
abgewinkelten Abschnitt 24 an eine von der Außenschale 5 abgewandte
Außenseite 25 der
Innenschale 3 angeschlossen ist. Zweckmäßig ist die Lasche 24 des
Bodens 23 ebenfalls so dimensioniert, dass sie den offenen
Restquerschnitt abdeckt. Der Boden 23 und das Abdeckteil 10 können mit
der Innenschale 3 fest verbunden, insbesondere verschweißt, sein.
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Entsprechend den 2 und 3 kann
an die Tragstruktur 1 am jweiligen Fahrzeugende eine Endbaugruppe 26 angebaut
werden, die je nach Fahrzeugende eine Heckbaugruppe oder eine Frontbaugruppe
bildet. Die Endbaugruppe 26 umfasst beispielsweise einen
Stoßfänger 27,
der an einem Biegequerträger 28 angebracht
ist, der seinerseits an wenigstens einem Verbindungselement 29 befestigt ist.
Zeckmäßig besitzt
die Endbaugruppe 26 für
jeden Längsträger 2 ein
solches Verbindungselememt 29. Das Verbindungselement 29 ist
zum Anbau der Endbaugruppe 26 an der Tragstruktur 1 an
einer von der Innenschale 6 abgewandten Außenseite 30 der
Außenschale 5 befestigt.
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Vorzugsweise erfolgt bei der vorliegenden Erfindung
die Anbindung des Verbindungselements 29 und des Längsträgers 2 an
der Außenschale 5 mittels
Verschraubungen, die bzw. deren Schrauben in 3 durch strichpunktierte Linien symbolisch dargestellt
und mit 31 bezeichnet sind. Die hierbei verwendeten, nicht
gezeigten Schrauben 31, durchdringen dabei die Außenschale 5 in
entsprechenden Durchgangsöffnungen,
die in 1 dargestellt
und mit 33 bezeichnet sind.
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Zu diesem Zweck ist hier das Verbindungselement 29 mit
Flanschabschnitten 32 ausgestattet, die korrespondierend
zu den Laschen 16 der Innenkonsole 11 ausgebildet
sind. Vorteilhaft erstrecken sich dabei die Schrauben 31 parallel
zur Fahrzeuglängsrichtung.
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Die Verschraubungen 31 wirken
somit in der Fahrzeuglängsrichtung
und verspannen über
die Außenschale 5 das
Verbindungselement 29 mit dem Längsträgers 2. Auf diese
Weise wird die Außenschale 5 zwischen
Längsträger 2 und
Verbindungselement 29 eingespannt. Zusätzliche Maßnahmen zur Befestigung der
Außenschale 5 am
Längsträger 2 bzw.
am Verbindungselement 29 können dadurch entfallen.
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In den 1 und 3 sind außerdem Hilfsöffnungen 34 erkennbar,
durch die hindurch die Verschraubungen 31 zugänglich sind.
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Wie oben erläutert, sind die Flansche 32 bei der
hier gezeigten Ausführungsform
direkt am Verbindungselement 29 ausgebildet. Dementsprechend ist
das Verbindungselement 29 somit direkt an der Außenschale 5 befestigt.
Ebenso ist eine Ausführungsform
möglich,
bei welcher am Verbindungselement 29 eine Außenkonsole
befestigt ist, die über
die genannten Flansche 32 verfügt und über die das Verbindungselement 29 an
der Au ßenschale 5 befestigbar
ist. Bei der hier gezeigten Ausführungsform
ist die Funktion dieser Außenkonsole
quasi in das Verbindungselement 29 integriert bzw. bildet
das Verbindungselement 29 eine Außenkonsole zum Anschluss des
Biegequerträgers 28 an
die Außenschale 5,
wobei dann der Biegequerträger 28 ein
Verbindungselement der Endbaugruppe 26 darstellt.
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Bei dieser Ausführungsform ist somit das Verbindungselement 29 direkt
an der Außenschale 5 befestigt.
Im Unterschied dazu ist bei der mit einer Außenkonsole arbeitenden Variante
das jeweilige Verbindungselement (z.B. der Biegequerträger 28) über die
jeweilige Außenkonsole
(z.B. das Verbindungselement 29) indirekt an der Außenschale 5 befestigt.
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Wie aus den 2 und 3 hervorgeht,
ist das Verbindungselement 29 im Einbauzustand fluchtend zum
Längsträger 2 an
der Außenschale 5 angeordnet.
Das bedeutet, dass sich das Verbindungselement 29 ebenfalls
in Fahrzeuglängsrichtung
erstreckt und in Fahrzeuglängsrichtung über die
Außenschale 5
am Längsträger 2 abstützt. Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Verbindungselement als Crash-Box 29 ausgestaltet
sein, die im Crashfall durch Verformung Stoßenergie absorbiert.
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Wie aus 3 hervorgeht, ermöglicht der erfindungsgemäße Aufbau
der Tragstruktur 1 die Verwendung eines Endquerträgers 3,
dessen Schalen 5, 6 zumindest im Bereich der Anbindung
an den Längsträger 2 einen
relativ großen
Abstand voneinander aufweisen. Diese Bauweise führt zu einer vergleichsweise
große
Torsionssteifigkeit der Tragstruktur 1. Des Weiteren führt die
Integration der Außenschale 5 in
die Anbindung der Endbaugruppe 26 an den Längsträger 2 zu
einer vorteilhaften Vereinfachung des Aufbaus, wobei sich die Gestalt
oder Kontur der Außenschale 5 besonders
einfach an die im Bereich der Verschraubungen 31 miteinander
zusammenwirkenden Konturen des Längsträgers 2 (bzw.
der Innenkonsole 11) und des Verbindungselements 29 (bzw.
der Außenkonsole)
anpassen.
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Die Verwendung der Innenkonsole 11 sowie des
Schließteils 10 führt im Bereich
der Anbindung des Endquerträgers 3 an
den Längsträger 2 mehrfach
zu Materialverdopplungen, die für
eine Aussteifung des gezeigten Abschnitts der Tragstruktur 1 sorgen.