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Die
Erfindung betrifft eine Tragstruktur, insbesondere für einen
Personenkraftwagen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zur
Erreichung einer hohen Steifigkeit von Fahrzeugkarosserien ist es
bekannt, in den Tragstrukturen dieser Fahrzeuge mehrschalige Konstruktionselemente
zu verwenden. So ist beispielsweise aus der
DE 43 40 445 eine Tragstruktur für einen
Personenkraftwagen bekannt, welche im Bereich einer Fahrgastzelle
seitlich angeordnete Längsträger aufweist,
die zweischalig aus einer Außenschale
und einer Innenschale gebildet und mittels mehrerer, über die
Länge der
Fahrgastzelle verteilter Verbindungstöpfe gegeneinander fixiert sind.
Die dabei verwendeten Längsträgerschalen
sind kompliziert geformte Bauteile, deren Herstellung (beispielsweise
mittels eines mehrstufigen Tiefziehverfahrens) mit erheblichen Kosten
und großem
Aufwand verbunden ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Tragstruktur dahingehend
zu verbessern, dass sie – bei
hoher Steifigkeit und guten akustischen Eigenschaften – möglichst
einfach und kostengünstig
hergestellt werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Erfindung beruht auf dem Gedanken, den Herstellungsaufwand der Tragstruktur
dadurch zu reduzieren, dass ein möglichst hoher Anteil an einfach
herstellbaren Gleichteilen verwendet wird, ohne dass Einbußen in Bezug
auf Steifigkeit oder Formgestaltung in Kauf genommen werden müssen.
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Die
Tragstruktur umfasst beidseitig je einen mehrschaligen Längsträger, der
mehrere Längsträgerschalen
umfasst. Erfindungsgemäß ist mindestens
eine dieser Längsträgerschalen
so gestaltet, dass die linke Längsträgerschale
formgleich zur rechten Längsträgerschale
ist, so dass ein- und dasselbe Bauteil sowohl als linke als auch
als rechte Längsträgerschale
verwendet werden kann.
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Vorteilhafterweise
wird die Längsträgerschale
aus einem einteiligen, querschnittskonstanten Zuschnitt eines Strangpressprofils
gebildet. Das Strangpressen gestattet eine kostengünstige Herstellung komplizierter
Profilteile. Solche Längsträgerschalen aus
querschnittskonstanten Strangpressprofilen haben den weiteren Vorteil,
dass ein Großteil
der Herstellungswerkzeuge für
verschiedene Karosserievarianten zum Einsatz kommen kann, deren
Längsträgerschalen
sich nur in Bezug auf ihre Länge
unterscheiden.
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Weiterhin
können
die Längsträgerschalen mit
Verprägungen
zur Anbindung an Anschlussteile versehen sein. Die Verprägungen werden
paarweise spiegelsymmetrisch zur Mittelhochebene der Längsträgerschale
angeordnet, so dass ein- und dieselbe Längsträgerschale sowohl im linken
als auch im rechten Längsträger verbaut
werden kann. Die Verprägungen
werden vorteilhafterweise mit Hilfe eines Walzverfahrens in das
Strang pressprofil der Längsträgerschalen
eingebracht. Das hat den Vorteil, dass die Längsträgerschalen sich in einem Durchlaufverfahren
fertigen lassen, bei dem zunächst
ein Strangpressprofil hergestellt wird, das in einem anschließenden Walzschritt
(z.B. unter Verwendung eines exzentrischen Walzzylinders) mit den
Verprägungen versehen
wird. Dies ist unter herstellungstechnischen Gründen besonders kostengünstig und
daher vorteilhaft. Alternativ können
die Verprägungen
beispielsweise auch durch ein Prägeverfahren
in die Längsträgerschalen
eingebracht werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Längsträger einen
dreischaligen Aufbau – bestehend
aus einer einem Hauptboden zugewandten inneren Längsträgerschale, einer mittleren
Längsträgerschale
und einer äußeren Längsträgerschale – wobei
die Schalen in einer solchen Weise aneinander angebracht sind, dass
sie ein Doppelkammerprofil bilden. Dabei sind die inneren Längsträgerschalen
Gleichteile; alternativ bzw. zusätzlich können auch
die äußeren Längsträgerschalen Gleichteile
sein. Dies gewährleistet
Einsparungen bei der Herstellung dieser Längsträgerschalen und ist im Rohbau
verbunden mit einer Reduktion des Logistikaufwands, da ein- und
dieselben Bauteile an beiden Seiten der Karosserie verbaut werden
können.
Aufgrund der dreischaligen Gestaltung des Längsträgers wird weiterhin eine hohe
Steifigkeit der Tragstruktur und ein guter Kraftfluss im Lastfall
Seiten-/Frontalcrash
erreicht. Gleichzeitig können
Schallbrücken
vermieden werden, wodurch sich Vorteile hinsichtlich der Akustik
bzw. der Schalldämmung
ergeben. Außerdem
ermöglicht
der erfindungsgemäße Längsträger aufgrund
seines geschlossenen Doppelkammerprofils eine individuelle Anordnung
der B-Säule, ohne auf
eine Unterbrechung der profilbildenden Deckfläche innerhalb der B-Säule Rücksicht
nehmen zu müssen,
und dadurch eine Verwendung des erfindungsgemäßen Längsträgers bei unterschiedlichen Karosserievarianten.
Insbesondere der Einsatz der Längsträger bei
verschiedenen Fahrzeugaufbauformen – zusammen mit der fertigungs-
und produktionsgerechten Gestaltung – wirkt sich positiv hinsichtlich
der Wirtschaftlichkeit aus.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine Explosionsdarstellung eines Teils der
Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs mit einer inneren Längsträgerschale;
1a linke
Fahrzeughälfte
und
1b rechte Fahrzeughälfte;
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2 eine
innere Seitenwandstruktur (linke Fahrzeugseite) mit einer mittleren
Längsträgerschale;
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3 eine äußere Seitenwandstruktur
(linke Fahrzeugseite)mit einer äußeren Längsträgerschale;
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4 eine äußere Längsträgerschale
in einer alternativen Ausgestaltung
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5 einen
Querschnitt durch einen (noch nicht gefügten) Längsträger im Anbindungsbereich an
einen Querträger;
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6 einen
Querschnitt durch einen (gefügten)
Längsträger im Anbindungsbereich
an eine B-Säule.
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1a zeigt
einen Ausschnitt (entsprechend einer linken Fahrzeughälfte) einer
Tragstruktur 1 eines im Übrigen nicht dargestellten
Kraftfahrzeugs; 1b zeigt einen der rechten Fahrzeughälfte entsprechenden
Ausschnitt der Tragstruktur 1. Die Tragstruktur 1 umfasst
einen Vorderwagenbereich 2, einen Heckwagenbereich 3 sowie
einen zwischen Vorderwagenbereich 2 und Heckwagenbereich 3 angeordneten
Hauptboden 4.
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Über einen
linken seitlichen Längsträger 5 sind
der Vorderwagenbereich 2, der Hauptboden 4 und
der Heckwagenbereich 3 fest miteinander verbunden. Dieser
Längsträger 5 wird
dabei landläufig auch
als Schweller bezeichnet. In 1 ist
dabei lediglich ein Teil des seitlichen Längsträgers 5, nämlich eine
innere Längsträgerschale 6,
gezeigt; der Längsträger 5 umfasst
außer
dieser – dem
Hauptboden 4 zugewandten – inneren Längsträgerschale 6 noch eine
mittlere Längsträgerschale 7 (siehe 2)
und eine äußere Längsträgerschale 8 (siehe 3),
wobei diese Schalen 6, 7, 8 so aneinander
angebracht sind, dass sie im Querschnitt ein vorzugsweise abgeschlossenes
Doppelkammerprofil bilden (siehe 5 und 6).
Als Abschluss kann außen
an der äußeren Längsträgerschale 8 eine
Verplankung 9 vorgesehen sein, welche im Wesentlichen optische und
designbezogene Zwecke erfüllt.
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Die
innere Längsträgerschale 6 wird
durch einen Abschnitt eines Strangpressprofils gebildet und weist
ein querschnittskonstantes, C-förmiges
Profil mit einem Obergurt 10 und einem Untergurt 11 auf. Zur
Aussteifung der inneren Längsträgerschale 6 können zwischen
dem Obergurt 10 und dem Untergurt 11 Aussteifungselemente 12 vorgesehen
sein, die als Gleichteile ausgebildet sind. Die Positionen der Aussteifungselemente 12 in
der Längsträgerschale 6 sind
symmetrisch in Bezug auf eine senkrecht zur Längsachse Z der inneren Längsträgerschale 6 ausgerichteten
Mittelebene 13. Weiterhin ist die innere Längsträgerschale 6 mit
Aufnahmelöchern 14 versehen,
die auf dem Untergurt 12 spiegelsymmetrisch zur Mittelebene 13 der
Längsträgerschale 6 angeordnet
sind. Diese geometrische Gestaltung der inneren Längsträgerschale 6 als
querschnittskonstantes Profil mit symmetrisch angeordneten Aussteifungselementen 12 und
Aufnahmelöchern 14 hat
zur Folge, dass die linke innere Längsträgerschale 6 formgleich
zur rechten inneren Längsträgerschale 6' (1b)
ist. Die beiden Längsträgerschalen 6, 6' sind somit
Gleichteile.
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Längsendseitig
des Längsträgers 5, 5' sind – wie in 1a und 1b gezeigt,
Abschlusselemente 15, 15' angeordnet, welche vorzugsweise
die Profilausprägungen
der Längsträgerschalen 6, 7, 8 bzw. 6', 7', 8' aufweisen und
die zwischen den Längsträgerschalen 6, 7, 8 bzw. 6', 7', 8' gebildeten
Hohlkammern abschließen.
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Auch
die äußere Längsträgerschale 8 ist
aus einem Abschnitt eines Strangpressprofils mit einem querschnittskonstanten,
C-förmigen Profil
hergestellt. In der in 3 gezeigten Ausgestaltung weist die äußere Längsträgerschale 8 auf
ihrer gesamten Bauteillänge
keinerlei Profilaufweitungen in Fahrzeughoch- bzw. -querrichtung
auf. Die äußere Längsträgerschale 8 ist
mit Aufnahmelöchern 16 versehen, die
spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Mittelhochebene 17 der äußeren Längsträgerschale 8 angeordnet
sind. Somit ist die äußere Längsträgerschale 8 spiegelsymmetrisch
in Bezug auf die Mittelhochebene 17, so dass die linke
und die rechte äußere Längsträgerschale 8, 8' Gleichteile
sind. Zur endseitige Anbindung der äußeren Längsträgerschale 8 an anschließende Bauteile 18, 19 sind
diese Bauteile 18, 19 in Überlappungsbereichen 20, 21 mit
Flanschen bzw. Verprägungen
versehen, die die äußere Längsträgerschale 8 endseitig
untergreifen, so dass die äußere Längsträgerschale 8 im
Bereich dieser Flansche bzw. Verprägungen mit den anschließenden Bauteilen 18, 19 gefügt (z.B.
punkt- oder lasergeschweißt,
gelötet,
genietet, geklebt etc.) werden kann.
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In
einer alternativen in 4 gezeigten Ausgestaltung ist
die äußere Längsträgerschale 8 ihrerseits
endseitig mit Verprägungen 22 zur
Anbindung an die Anschlussstücke 20, 21 ver sehen.
Diese Verprägungen 22 sind
symmetrisch in Bezug auf die Mittelhochebene 17 der äußeren Längsträgerschale 8, so
dass die Form und Tiefe der Verprägungen 22 an dem dem
Anschlussstück 21 zugewandten
Vorderende 24 der äußeren Längsträgerschale 8 der
Form und Tiefe der Verprägungen 22 an
dem dem Anschlussstück 20 zugewandten
Hinterende 23 entspricht. Auf diese Weise sind die linke
und die rechte äußere Längsträgerschale 8, 8' wiederum Gleichteile,
so dass ein- und dasselbe Bauteil sowohl an der rechten wie auch
an der linken Fahrzeugseite eingesetzt werden kann. – Falls
die Blechdicken der Anschlussstücke 18, 19 (oder
die Zahl der zu fügenden Blechlagen)
sich in den Überlappungsbereichen 20, 21 unterscheiden,
so muss die Tiefe der Verprägungen 22 so
gewählt
werden, dass sie der größten Blechdicke
bzw. der höchsten
Zahl der Blechlagen entspricht. Dies hat zwar zur Folge, dass beim
Fügen der äußeren Längsträgerschale 8 im
Bereich derjenigen Verprägung,
der ein Anschlussstück
geringerer Blechdicke (bzw. weniger Blechlagen) gegenüberliegt,
ein Fügespalt
auftritt; dieser kann jedoch durch eine geeignete Wahl des Fügeverfahrens
(Kleben, Punktschweißen,
...) kompensiert werden.
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Die
Länge der äußeren Längsträgerschale 8 kann
so gewählt
werden, dass diese Längsträgerschale 8 – neben
der oben beschriebenen Gleichteil-Verwendung als linke und rechte äußere Längsträgerschale 8, 8' – auch in
verschiedene Karosserievarianten verbaut werden kann. Hierdurch
entstehende Fahrzeuglängenunterschiede,
z.B. durch unterschiedliche Radstände, werden gemäß 3 durch
ein vorderes Ausgleichsstück 19 kompensiert, welches
vorne an der äußeren Längsträgerschale 8 angesetzt
ist. Das vordere Ausgleichsstück 19 stützt bei
einem Frontaufprall die Vorderräder
ab.
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Um
variantenübergreifend
einen möglichst hohen
Gleichteileanteil zu erreichen, und um eine kostengünstige Fertigung
(z.B. als Strangpressprofil) zu gewährleisten, ist die mittlere
Längsträgerschale 7 so
gestaltet, dass sie auf ihrer gesamten Bauteillänge keine Profilaufweitung
in Fahrzeughoch- bzw. -querrichtung aufweist. Dies ermöglicht einen
Einsatz ein- und derselben mittleren Längsträgerschale 7 bei verschiedenen
Karosserievarianten. Hierdurch entstehende Fahrzeuglängenunterschiede,
z.B. durch unterschiedliche Radstände, können gemäß 2 durch
ein Ausgleichsstück 23 realisiert
werden, welches in Verlängerung
der mittleren Längsträgerschale 7 nach
hinten angeordnet ist. Eine Fortsetzung des Profils der mittleren
Längsträgerschale 7 findet
nach vorne in einer A-Säule 24 statt.
Die zur Anbindung einer inneren B-Säulenschale 25 erforderlichen
Verprägungen
sind dabei so ausgeführt,
dass eine Anbindung der inneren B-Säulenschale 25 in unterschiedlichen
Positionen, entsprechend einer Aufbauform der Karosserie, in Fahrzeuglängsrichtung
möglich
ist. Die innere B-Säulenschale 25 des
Kraftfahrzeugs ist dabei gemäß 5 in
eine Verbindung zwischen innerer und mittlerer Längsträgerschale 6, 7 eingebunden.
An der äußeren Längsträgerschale 8 hingegen
ist eine äußere Seitenwand 26 des
Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Alternativ
bzw. zusätzlich
zu der bisher beschriebenen Gestaltung der inneren bzw. äußeren Längsträgerschalen 6, 6' bzw. 8, 8' als Gleichteile können die
mittleren Längsträgerschalen 7, 7' als Gleichteile
ausgebildet sein. Dabei ist zu bedenken, dass die mittleren Längsträgerschalen 7, 7' zur Anbindung
an die A-Säule 24 in
einem vorderen Anbindungsbereich 29 mit Verprägungen 30 versehen
sein kann; weiterhin kann sie in einem hinteren Anbindungsbereich 27 mit
Verprägungen 30 zur
Anbindung an das Ausgleichsstück 23 versehen
sein. Zusätzlich
weist die mittlere Längsträgerschale 7 an
ihrem oberen Rand 31 Verprägungen 32 zur Anbindung
der inneren B-Säulenschale 25 auf.
Um die mittlere Längsträgerschale 7 sowohl
an der linken als auch an der rechten Fahrzeugseite als Gleichteil
einsetzen zu können,
müssen
diese Verprägungen 28, 30, 32 so
ausgeführt
sein, dass spiegelsymmetrisch in Bezug auf eine Mittelhochebene 33 der
mittleren Längsträgerschale 7 sind.
Um zusätzlich
einen Einsatz der mittleren Längsträgerschale
in verschiedenen Karosserievarianten zu ermöglichen, sollten die randseitigen
Verprägungen 32 – wie oben
beschrieben – so
ausgeführt
sein, dass eine Anbindung der inneren B-Säulenschale 25 in unterschiedlichen
Positionen und unterschiedlicher Ausrichtung möglich ist.
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Aufgrund
dieser Anforderungen ist es nur schwierig möglich, neben der inneren und
der äußeren Längsträgerschalen 6, 6' bzw. 8, 8' auch die mittlere
Längsträgerschale 7, 7' als Gleichteile
auszuführen.
Allerdings können
die mittleren Längsträgerschalen 7, 7' als Gleichteile
ausgeführt
sein, wenn beispielsweise randseitige nichtsymmetrische Verprägungen zur
Anbindung der A-Säulenschale 25 auf die
innere Längsträgerschalen 6, 6' verlagert werden (die
dann allerdings nicht als Gleichteile ausgeführt werden).