DE19538457A1 - Mehrkammerprofil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrkammerprofil zur Bildung eines seitlichen Längsträgers eines Kraftfahrzeuges.

Den seitlichen Längsträgern eines Fahrzeugaufbaus kommen mehrere Funktionen zu: Zum einen wird die Steifigkeit des Fahrzeugaufbaus gegenüber Biege- und Torsionsbeanspruchung wesentlich von der Ausbildung der seitlichen Längsträger bestimmt. Andererseits werden über die Längsträger große Anteile der bei einem Fahrzeugcrash auftretenden Kräfte eingeleitet. Darüber hinaus dienen die Längs­ träger auch zur Aufnahme der etwa vertikal angeordneten Pfosten, die den Türausschnitt oder die Türausschnitte begrenzen.

Nachteilig bei bekannten seitlichen Rahmenstrukturen von Kraftfahrzeugen ist, daß die Längsträger in der Regel aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind, damit der Längsträger abschnittsweise seine entsprechende Funktion erfüllen kann. Hierdurch ergibt sich ein unstetiger Steifigkeitsverlauf. Außerdem ist der Ferti­ gungsaufwand durch die große Anzahl von Fügestellen entsprechend hoch, wo­ durch die Herstellkosten steigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Kraftfahrzeug mit einer aus Profilen aufgebau­ ten Rahmenstruktur einen Längsträger bereitzustellen, der bei hoher Biege- und Crashsteifigkeit mit geringem Herstellaufwand zu fertigen ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Kerngedanke ist es dabei, zur Bildung des Längsträgers ein Mehrkammerprofil zu verwenden, das mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllt. Als Mehrkammerprofile werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung solche langgestreckten Bauteile bezeichnet, die wenigstens zwei aneinandergrenzende Kammern aufwei­ sen. Die Profile bestehen in der Regel aus Leichtmetall und werden bevorzugt im Strangpreßverfahren hergestellt. Das erfindungsgemäße Mehrkammerprofil er­ streckt sich über nahezu die gesamte Länge des Fahrzeuges und weist minde­ stens eine Tragkammer auf, die so dimensioniert ist, daß sie dem Längsträger eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit hinsichtlich der Biege- und Crashbeanspru­ chung aufweist. Zusätzlich besitzt das Mehrkammerprofil eine Aufnahmekammer, über die wenigstens ein etwa vertikal verlaufender Pfosten oder beispielsweise ein etwa in Querrichtung des Fahrzeugs verlaufender Träger angebunden ist. Diese Aufnahmekammer ist für die Festigkeit und Steifigkeit des Längsträgers nicht er­ forderlich. Sie ist als "Opferkammer" ausgebildet und dient ausschließlich der An­ bindung des Pfostens oder des Trägers.

Daraus ergibt sich eine Reihe von Vorteilen: Durch die zusätzliche Aufnahmekam­ mer entfällt für die Tragkammer die Funktion der Anbindung eines Pfostens und/oder Trägers. Damit wird die Tragkammer weder durch Schweißnähte noch durch Ausnehmungen geschwächt. Im Bereich der Anbindungsstellen mit dem Pfosten oder Träger sind somit keine innenliegenden Schottwände zur Erhöhung der Festigkeit erforderlich. Für die Bildung des Längsträgers genügt ein einziges Bauteil, das mehrere Funktionen wahrnimmt. Durch die Opferkammer entsteht zwar zusätzliches Gewicht; da die Aufnahmekammer jedoch relativ klein dimen­ sioniert werden kann, überwiegt der erzielte Vorteil gegenüber einer Vielzahl von Fügestellen bei mehrteiligen Längsträgern. In der Gesamtbetrachtung ergibt sich mit dem erfindungsgemäßen Mehrkammerprofil ein deutlicher Vorteil gegenüber der konventionellen Bauweise.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird mit dem Einstecken des Pfosten und/oder des Trägers ein Formschluß erzeugt, mit Vorteilen bei der anschließenden stoffschlüssigen Verbindung (Verschweißung, Verklebung). Durch den Formschluß wird die Kraftübertragung verbessert, was sich vorteilhaft bei einem Seitencrash auswirkt. Außerdem kann durch den Formschluß ein Toleranz­ ausgleich in Längsrichtung des Pfostens oder des Trägers erfolgen.

Gemäß Anspruch 3 wird die Aufnahmekammer in den Bereichen, in denen ihr keine Funktion zukommt, entfernt. Dies ist bei Fahrzeugen mit einem Türaus­ schnitt, der von zwei Pfosten gebildet wird, beispielsweise außerhalb des Türberei­ ches der Fall. Durch das abschnittsweise Entfernen kann das Gewicht des Längs­ trägers reduziert werden. Auch wird zusätzlicher Bauraum geschaffen. Der durch das abschnittsweise Entfernen der Aufnahmekammer entstehende Aufwand ist in der Regel deutlich niedriger als der durch das konventionelle Anbringen von Pfosten oder Trägern entstehende Aufwand. Außerdem ergeben sich bei der erfin­ dungsgemäßen Lösung Vorteile hinsichtlich des Kraftflusses.

Zwar ist aus der EP 0 561 840 B1 ein Mehrkammerprofil bekannt, dessen Kam­ mern abschnittsweise entfernt werden. Das bekannte Profil bildet eine Mittelsäule eines Kraftfahrzeuges, mit dem Ziel, einen konischen Verlaufes und eine abge­ stuften Festigkeit zu erreichen. Eine Anbindung weiterer Rahmenteile ist nicht vor­ gesehen. Die EP-B 1 befaßt sich lediglich mit der Formgebung der Mittelsäule selbst.

Gemäß Anspruch 4 ist der seitliche Längsträger als Schweller ausgebildet, vor­ zugsweise in Baueinheit oder Fortsetzung des vorderen und hinteren Längsträ­ gers. Insbesondere bei oben offenen Fahrzeugen hat der Schweller hohe Kräfte hinsichtlich Biegung aufzunehmen. Auch bei einem Fahrzeugcrash wird ein Groß­ teil der Kräfte über den Schweller eingeleitet.

Abweichend von Anspruch 4 kann auch ein oberhalb des Schwellers in Längsrich­ tung des Fahrzeuges verlaufender Träger von einem erfindungsgemäßen Mehr­ kammerprofil gebildet werden. Als Beispiel kommt hier das seitliche Dachprofil oder ein sogenannter "Brüstungsträger", in Frage, der etwa in Brüstungshöhe verläuft und beispielsweise bei einem oben offenen Fahrzeug die horizontale Fahrzeugbe­ grenzung darstellt.

Zwar ist aus der EP 0 303 431 B1 ein Profil bekannt, dessen obere und untere Kammer über Stege miteinander verbunden sind. Die Stege werden abschnitts­ weise zur Bildung von Öffnungen, beispielsweise für den Kühllufteintritt oder die Türausschnitte, entfernt. Durch Auseinanderbiegen von oberer und unterer Kam­ mer im Bereich der Öffnungen wird deren Abstand vergrößert, wodurch entspre­ chend große Öffnungen gebildet werden. Im Bereich der seitlichen Rahmenstruktur entsteht hierdurch unterseitig ein Schweller und oberseitig ein seitlicher Dachrah­ men des Kraftfahrzeuges. Die genannte Schrift enthält jedoch keinerlei Angaben, wie etwa senkrecht zum Mehrkammerprofil verlaufende Pfosten und/oder Träger an das Mehrkammerprofil angebunden werden.

Anspruch 5 bringt einen weiteren Aspekt des "Integrationsgedankens" von erfin­ dungsgemäßen Mehrkammerprofilen zum Ausdruck. Einerseits ist für die Ver­ schweißung des Pfosten und/oder der Träger mit der Aufnahmekammer des Mehr­ kammerprofils von Bedeutung, daß ein nur geringer Unterschied in den Wandstär­ ken der einzelnen Bauteile vorliegt. Andererseits sind für die Gewährleistung einer ausreichenden Festigkeit und Steifigkeit des gesamten Profils entsprechend höhere Wandstärken an anderer Stelle erforderlich. Durch die Ausbildung der Erfindung nach Anspruch 5 ist es daher möglich, unterschiedliche Wandstärken in einem Profil zu vereinen und einen entsprechend stark dimensionierten, durchlau­ fenden Gurt in Form zumindest einer ausreichend dick bemessenen Begren­ zungswand bereitzustellen.

Durch die beiden vertikal zueinander beabstandeten dickwandigen Begrenzungs­ wände des Mehrkammerprofils gemäß Anspruch 6 wird ein hohes Flächenmoment gegen Biegung erzeugt. Bei entsprechender Höhe der Tragkammer ergibt sich ein großer Randfaserabstand, wodurch insgesamt ein großes Biegewiderstands­ moment des Mehrkammerprofils erzielt wird.

Durch die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 wird eine erhöhte Belast­ barkeit des Längsträgers erreicht. Außerdem ist eine größere Gesamtprofilhöhe erzielbar mit entsprechend höherem Biegewiderstandsmoment.

Gemäß Anspruch 8 bildet die seitliche Kammer des Mehrkammerprofils einen Teil der Außenhaut. Damit wird das Mehrkammerprofil unmittelbar als Element der zur stilistischen Gestaltung des Fahrzeuges eingesetzt, wie dies an sich aus der DE 43 30 014 A1 bekannt ist. Gemäß Anspruch 9 kann die seitliche Kammer auch abschnittsweise entfernt oder verkleidet werden.

Der Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 10 liegt derselbe Kerngedanke zugrunde wie bei der Ausbildung von ausschließlich für die Anbindung von Profilen oder Trägern vorgesehenen Aufnahmekammern nach Anspruch 1. Durch die Flan­ sche gemäß Anspruch 10 können weitere Profile, Zusatzbauteile im Türbereich wie beispielsweise Scharniere oder Schlösser, Verkleidungsteile, etc. befestigt werden. Der Flansch kann auch abschnittsweise entfernt werden.

Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher dargestellt und erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine seitliche Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeuges in perspektivischer Seitenansicht,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Mehrkammerprofil der Rahmenstruktur von Fig. 1 entsprechend der Schnittverlaufslinie II-II,

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Schnittdarstellung entlang der Schnitt­ verlaufslinie III-III in Fig. 1 und

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Schnittdarstellung entlang der Schnitt­ verlaufslinie IV-IV in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt der seitlichen Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeu­ ges. Die Rahmenstruktur weist einen sich über die gesamte Fahrzeuglänge er­ streckenden Schweller 1, einen oberhalb des Schwellers 1 verlaufenden Brü­ stungsträger 2 sowie einen vorderen und einen hinteren Pfosten 3 bzw. 4 auf, die den Schweller 1 und den Brüstungsträger 2 miteinander verbinden. In Fig. 1 ist der Schweller 1 in drei Bereich A, B und C unterteilt, die jeweils einen unterschied­ lichen Querschnitt des Schwellers 1 aufweisen.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen die einzelnen Abschnitte des Schwellers 1 im Quer­ schnitt, wobei das Mehrkammerprofil nur im Bereich A vollständig ausgebildet ist.

Der Schweller 1 besteht aus einer oberseitigen Aufnahmekammer 5 sowie einer oberen und einer unteren Tragkammer 6 bzw. 7. Seitlich an die beiden Tragkam­ mern 6 und 7 schließt sich eine seitliche Kammer 8 an. Darüber hinaus steht von der Aufnahmekammer 5 etwa senkrecht nach oben ein Flansch 9 ab.

Die Aufnahmekammer 5 wird von einer oberseitigen, gewölbten Begrenzungswand 10 einerseits begrenzt. Nach unten ist die Aufnahmekammer 5 durch die Trenn­ wand 11 von der oberen Tragkammer 6 getrennt. Die beiden Tragkammern 6 und 7 sind durch Begrenzungswände 11 bis 14 begrenzt. Zwischen den beiden Trag­ kammern 6 und 7 ist eine weitere Trennwand 15 vorgesehen.

Die Wandstärke d₁ der für die Verbindung mit den Pfosten 3 und 4 vorgesehenen Begrenzungswand 10 der Aufnahmekammer 5 ist kleiner als die Wandstärke d₂ der Begrenzungswände 11 bis 14.

Fig. 3 zeigt das Mehrkammerprofil im Bereich B, in dem die Aufnahmekammer 5 sowie der Flansch 9 entfernt sind.

Fig. 4 (Bereich C) zeigt den Schweller 1 mit der entfernten seitlichen Kammer 8 und dem in die Aufnahmekammer 5 eingesetzten hinteren Pfosten 4. Der Pfosten 4 ist über eine Einstecköffnung 16 formschlüssig in die Aufnahmekammer 5 einge­ setzt und mit dieser über Schweißnähte 17 stoffschlüssig verbunden. Darüber hin­ aus liegt der Pfosten 3 auch am Flansch 9 an und ist mit einer höhenversetzten Schweißnaht 18 außenseitig zusätzlich verschweißt.

Neben den Pfosten 3, 4 können selbstverständlich auch weitere Profile, wie bei­ spielsweise die in Fig. 1 mit 19 und 20 bezeichneten Querträger, über eine eigene Aufnahmekammer (nicht dargestellt) an den Schweller 1 angebunden werden.

Claims (10)

1. Mehrkammerprofil zur Bildung eines seitlichen Längsträgers (1) eines Kraft­ fahrzeuges, mit wenigstens einer durchgehenden Tragkammer (6, 7) sowie wenigstens einer Aufnahmekammer (5) zur Verbindung mit mindestens einem etwa senkrecht zum Längsträger (1) verlaufenden Pfosten (3, 4) und/oder Träger (19).

2. Mehrkammerprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekammer (5) wenigstens eine Ausnehmung (16) zur Aufnahme des Pfostens (3, 4) und/oder des Trägers aufweist.

3. Mehrkammerprofil nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekammer (5) außerhalb des Ver­ bindungsbereiches mit dem Pfosten (3, 4) und/oder des Trägers zumindest teilweise entfernt ist.

4. Mehrkammerprofil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Längsträger als Schweller (1) ausgebildet ist.

5. Mehrkammerprofil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfosten (3, 4) und/oder der Träger mit dem Längsträger (1) verschweißt ist, wobei wenigstens eine Begrenzungswand (11 bis 14) der Tragkammer (6, 7) eine größere Wandstärke (d₂) aufweist als die Wandstärke (d₁) der zur Verschweißung herangezogenen Begrenzungs­ wand (10) der Aufnahmekammer (5).

6. Mehrkammerprofil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke (d₂) der oberen und der unte­ ren Begrenzungswand (11, 13) der Tragkammer (6, 7) größer ist als die Wandstärke (d₁) der zur Verschweißung herangezogenen Begrenzungswand (10) der Aufnahmekammer (5).

7. Mehrkammerprofil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei übereinanderliegende Trag­ kammern (6, 7) vorgesehen sind.

8. Mehrkammerprofil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrkammerprofil wenigstens eine seitli­ che Kammer (8) aufweist, die von außerhalb des Kraftfahrzeugs sichtbar ist.

9. Mehrkammerprofil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Kammer (8) auf einem Teil der Länge des Mehrkammerprofils entfernt ist.

10. Mehrkammerprofil nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Mehrkammerprofil wenigstens ein steg­ förmiger Flansch (9) absteht.