Aus von Hohlprofilen gebildeten Trägern zusammengesetzte Tragstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges
Die Erfindung betrifft eine aus von Hohlprofilen gebildeten Trägern zusammengesetzte Tragstruktur für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit mindestens einem an einem der Träger befestigten Funktionsmodul, das ein Basisteil für ein von diesem Basisteil getragenes Funktionselement des Kraftfahrzeuges aufweist, wobei der eine Träger am Befestigungsort des Funktionsmoduls eine Aussparung aufweist und das Basisteil als ein den Träger im Bereich seiner Aussparung ergänzendes Trägerteil ausgebildet ist, das dafür dem Blechprofil angepasst ist.
Bei der Entwicklung von Karosserien für Kraftfahrzeuge werden einerseits ein möglichst geringes Gewicht und andererseits eine möglichst kostengünstige Herstellung angestrebt . Ein leichtes Gewicht wird durch die Auswahl der verwendeten Materialien und belastungsoptimierter Teile erreicht, während eine kostengünstige Herstellung durch den Einsatz von Funktionsmodulen erreicht wird (Modulbauweise) .
Unter „Funktionsmodulen" werden einfach an die Tragstruktur anzubindende Basisteile verstanden, die Achsschemel oder
Achsmodule, gegebenenfalls mit daran montierten Lenkern tragen. Auch andere vormontierte Funktionselemente des Kraftfahrzeuges können Teile eines solchen Funktionsmoduls sein. Im Vergleich zu der unmittelbaren Befestigung der Funktionselemente an der Tragstruktur ist diese Modulbauweise mit dem Nachteil verbunden, daß das Basisteil einerseits zusätzliches Gewicht bedeutet und andererseits den Träger in dem Anwendungsbereich unnötig verstärkt, ja sogar sein gewünschtes Crashverhalten negativ verändert.
Aus von Hohlprofilen gebildeten Trägern zusammengesetzte Tragstrukturen für die Karosserie eines Kraftfahrzeuges der eingangs genannten Art sind bekannt (DE 40 14 385 AI) . Bei solchen Tragstrukturen bestehen die Träger aus Strangpreßhohlprofilen aus Aluminium. Ein Problem bei solchen über die gesamte Länge in der Wandstärke konstanten Strangpreßhohlprofilen besteht darin, daß in den Bereichen, wo Funktionselemente anzubringen sind, die Wandstärke nicht ausreicht. Das bedeutet, daß das Strangpreßprofil über seine ganze Länge eine größere Wandstärke haben müßte, was bei Karosserien für Kraftfahrzeuge zu einer unerwünschten Erhöhung des Gewichtes führen würde. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß für die Funktionselemente in der Regel eine spezielle Formgebung im Hohlprofil vorgesehen sein müßte. Zur Lösung dieser Schwierigkeiten ist vorgesehen, daß für die Funktionselemente ein Funktionsmodul in Form eines Leichtmetallgußteils mit gewünschter Formgebung in eine dafür geschaffene Aussparung des Strangpreßhohlprofils eingeschweißt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tragstruktur für Karosserien von Kraftfahrzeugen zu schaffen, die sowohl gewichts- und belastungsoptimiert ist als auch bezüglich verschiedener Funktionselemente des Kraftfahrzeuges einen geringen Fertigungsaufwand erfordert .
„Belastungsoptimiert" soll heißen, daß auch im Bereich der Funktionselemente durch diese die Belastungsoptimierung nicht gestört ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Tragstruktur der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die aus Hohlprofilen gebildeten Träger (1) und das als ergänzendes Trägerteil ausgebildete Basisteil (6) aus Blech bestehen, wobei das Basisteil dem Belastungsverhalten des ausgesparten Trägers (1) derart angepasst ist, daß es im Crashfall an der Energieadsorption des Trägers teilnimmt.
Bei der erfindungsgemäßen, insbesondere als Rahmen ausgebildeten Tragstruktur ist das Basisteil integraler Bestandteil des insbesondere als Längsträger dienenden Trägers. Dadurch werden Materialdoppelungen im Bereich des Funktionsmoduls vermieden, so daß die Tragstruktur sowohl gewichts- als auch belastungsoptimiert auch im Bereich des Funktionsmoduls ausgelegt sein kann. Die beim Stand der Technik mit der Anbindung des Basisteils am Träger der Tragstruktur verbundene Materialdoppelung, die insbesondere bei einem Längsträger die Crashzone vor und hinter der Fahrgastzelle nachteilig verkürzt, tritt bei der Erfindung nicht auf, weil das Basisteil zur Energieabsorption vor
allem bei stärkeren Crashs herangezogen werden kann. So kann das eingefügte Basisteil über seine Länge verschiedene Widerstandsmomente haben. Insbesondere kann es über seine Länge eine unterschiedliche Blechdicke haben und/oder Sollknickstellen aufweisen.
Das Basisteil läßt sich mit den üblichen Fügetechniken, wie Schweißen, Kleben oder mittels einer Niet-Schraub- Verbindung an den Träger anbinden. Auch kombinierte Fügetechniken sind denkbar. Vor allem im Falle einer Klebeverbindung überlappen Träger und Basisteil sich am Befestigungsort. In diesem Fall kann die Klebeverbindung bei entsprechendem Kleber als dämpfende Zwischenlage dienen. Geeignet sind dafür Dickschichtklebestoffe, wie sie z.B. für die Befestigung der Frontscheiben Verwendung finden. Im Falle der Verwendung eines Klebers sollte als zusätzliche Sicherung noch eine mechanische Befestigung, wie Schraubverbindung, eingesetzt werden, die dann allerdings zur Erhaltung der Dämpfungswirkung ebenfalls z.B. durch Gummiunterlagen schwingungsentkoppelt sein sollte.
Zur Beeinflussung des Crashverhaltens der Tragstruktur und zum Zwecke der Reparaturfreundlichkeit ist das Funktionsmodul vorzugsweise außerhalb ausgewählter Crashzonen angeordnet . Es kann auch über seine Länge durch unterschiedliche Dimensionierung und Sollknickstellen für unterschiedliche Widerstandsmomente ausgelegt sein.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Basisteil aus einem die benachbarten Enden des ausgesparten Trägers umschließenden Hutprofil besteht. Zum Verschließen des Hutprofils dient eine an den Flanschen des Hutprofils befestigte Platte. Vorzugsweise wird diese Platte vom Blechfeld der Karosserie gebildet, z.B. von der Bodenplatte der Karosserie.
Im Falle eines Mehrkammerblechprofils weist nur ein Blechprofil des Trägers die Aussparung für das eingefügte Basisteil auf.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Tragstruktur im Ausschnitt in
Seitenansicht ,
Fig. 2 die Tragstruktur gemäß Fig. 1 im Ausschnitt aus der Sicht des Pfeils A der Fig. 1,
Fig. 3 die Tragstruktur gemäß Fig. 1 im Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 2,
Fig. 4 die Tragstruktur gemäß Fig. 1 in verschiedenen Halbschnitten der Fig. 3,
Fig. 5 die Tragstruktur gemäß Fig. 1 im vergrößerten Halbschnitt B2-B2 der Fig. 3,
Fig. 6 das Funktionsmodul für eine Tragstruktur gemäß Fig. 1 in paarweiser Anordnung in perspektivischer Darstellung,
Fig. 7a,b,c,d ein Basisteil eines Funktionsmoduls für eine Tragstruktur gemäß Fig. 1 in perspektivischer Darstellung in verschiedenen Ausführungen,
Fig. 8 eine Tragsturktur in Seitenansicht im
Ausschnitt zu einer in Fig. 1 anderen Ausführung und
Fig. 9 die Tragstruktur gemäß Fig. 1 in
Seitenansicht unverformt, verformt nach einem leichten Crash und verformt nach einem schweren Crash.
Die in Figur 1 und 2 im Ausschnitt und Seitenansicht dargestellte Tragstruktur umfaßt einen Längsträger 1 mit einer daran angesetzten Säule 2, bei der es sich um die C- Säule handelt. Auf dem Längsträger 2 liegen Blechfelder 3, 4, 5 auf, z.B. die Kofferraumplatte 3, die Bodenplatte 4 und der innere Radkasten 5. Der Längsträger 1 kann entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 7 als Einkammerprofil oder entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 9 als Zweikammerprofil ausgebildet sein. In allen Fällen bestehen die Träger aus Blechplatinen, die längsnahtgeschweißt sind.
Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 5 weist der Träger 1 eine Aussparung in einem Bereich auf, wo Funktionselemente angebracht werden sollen. Zwischen den verbleibenden Abschnitten la, lb ist ein die Aussparung ergänzendes Basisteil 6 eingefügt, das als
Funktionselemente Anbindungen 7a, 7b für nicht dargestellte Achslenker trägt. Das Basisteil 6 besteht aus Blech und ist als Hutprofil ausgebildet. Sein Profil ist dem Profil der verbleibenden Abschnitte la, lb des Trägers 1 derart angepaßt, daß es überlappend am Träger 1 anliegt. Oberseitig ist es von einer Platte verschlossen, die fest an seine nach außen weisenden Flansche angeschlossen ist. Die Platte kann Teil eines Blechfeldes 3 und oder 5, z.B. die Bodenplatte des Kofferraums und/oder des Radkastens, sein. Als Verbindungstechniken für den mit den Abschnitten la, lb des Trägers 1 überlappenden Bereich und für die verschließende Platte 3 können eine insbesondere dämpfende Schweißverbindung, eine Schraubverbindung oder eine Klebeverbindung oder Kombinationen daraus angewendet werden. Beim Ausführungsbeispiel der Figuren 5 und 6 ist die Klebetechnik angewendet worden. Wie aus Figur 5 ersichtlich, ist der Kleber 6a als dämpfende Zwischenlage 6a ausgebildet. Im Bereich der Flansche können zusätzlich Schraubverbindungen vorgesehen sein.
Das hutförmig profilierte Basisteil 6 kann entsprechend den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 verschieden gestaltet sein. Anstelle einer konstanten Blechdicke über seine gesamte Länge kann es nach der Tailored-Blanks-Methode unterschiedliche Dicken in Längsrichtung haben. Entsprechend den Ausführungen a und b hat es abgestuft
verschiedene Dicken, während entsprechend dem Ausführungsbeispiel d die Dicke stufenlos abnimmt. Beim Ausführungsbeispiel c sind durch Einprägungen Sollknickstellen vorgesehen. Durch solche Dimensionierungen kann vorgegeben werden, wo auf der Länge des Basisteils bevorzugt die Deformation bei einem Crash stattfindet .
Wie die verschiedenen Beispiele der Fig. 9 zeigen, findet bei einem leichten Crash nur eine Deformation im Abschnitt lb statt, während bei einem schwereren Crash auch eine Deformation im Basisteil 6 stattfindet, und zwar bei einer Dimensionierung entsprechend Fig. 7b mit dem in der Wandstärke dünnsten Abschnitt in der Mitte gezielt im mittleren Bereich. Im Falle eines leichten Crashs braucht nur der Abschnitt lb des Trägers ausgetauscht zu werden, während im Falle eines schwereren Crashs sowohl dieser Abschnitt lb als auch das Funktionsmodul mit dem Basisteil 6 ausgetauscht werden müssen. Wie das Ausführungsbeispiel der Fig. 9 zeigt, kann durch entsprechende Dimensionierung des Endabschnittes lb des Trägers 1 und des Funktionsmoduls, und zwar des Basisteils 6, erreicht werden, daß im Falle eines Crashs die Fahrgastzelle vor einer Deformation weitgehend geschont ist und der Träger 1 mit dem Funktionsmodul insofern reparaturfreundlich ist, als bei einem leichten Crash die Verformung auf den vergleichsweise einfach gestalteten Trägerabschnitt lb beschränkt ist, während erst bei schwereren Crashs auch das im Aufbau aufwendigere Funktionsmodul 6 ausgetauscht werden muß.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 8 unterscheidet sich von dem der Figuren 1 bis 7 und 9 nur darin, daß der Träger von zwei übereinander angeordneten, miteinander verbundenen Blechprofilen 10a, 10b besteht. In einem solchen Fall ist die Aussparung am Ende eines Blechprofils 10b vorgesehen. Ein Basisteil 11 des Funktionsmoduls ist als Hohlkammerprofil ausgebildet und mit einem Ende überlappend an das Blechprofil 10a angefügt und im übrigen Bereich flach an das Profil 10a angefügt und gegebenenfalls zusätzlich mittels Schraubverbindungen befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet der das Funktionsmodul überstehende Abschnitt des Blechprofils 10a allein die Crashzone für leichte Crashs. Die Crashzone für schwerere Crashs wird vom anschließenden Abschnitt des Blechprofils 10a und vom Basisteil 11 des Funktionsmoduls gebildet.