DE102004054850A1 - Strukturteil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strukturteil (1) für eine Tragstruktur, insbesondere für einen Tragrahmen eines Kraftfahrzeugs, wobei das Strukturteil (1) als Gussteil ausgebildet und im Bereich einer Achse (5) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und wobei das Strukturteil (1) einen in Längsrichtung desselben verlaufenden Ober- und Untergurt (2, 3) sowie einen dazwischen angeordneten Steg (4) aufweist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass am Steg (4) Versteifungskonturen (6) angeformt sind, die im Wesentlichen parallel und/oder orthogonal zu den Gurten (2, 3) und/oder zickzackförmig zwischen diesen verlaufen.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strukturteil für eine Tragstruktur, insbesondere für einen Tragrahmen eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Strukturteile für Tragstrukturen von Kraftfahrzeugen werden heutzutage häufig als Blechbauteile ausgeführt, welche an besonders hoch belasteten Stellen, beispielsweise im Bereich einer Achse durch geschweißte Bleche, belastungsgerecht verstärkt werden müssen. Darüber hinaus sind auch Strukturteile bekannt, welche als Gussknoten oder Strangpressprofile ausgebildet sind. Allen Varianten ist hierbei jedoch gemein, dass sie während der Fertigung aus einer größeren Anzahl von Einzelteilen zusammengebaut werden müssen und daraus ein relativ großer Herstellungs- und Montageaufwand mit zum Teil komplexen Schweißmaßnahmen und relativ großen Maßtoleranzen resultiert.
• Aus der DE 43 22 717 C2 ist ein Rahmen für Fahrzeuge, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit Längsträgern zur Aufnahme von in Fahrzeuglängsrichtung auf das Fahrzeug einwirkenden Längskräften bekannt, wobei an jeder Seite des Fahrzeugs jeweils ein Längsträger angeordnet ist, der sich zwischen zwei Endstücken erstreckt. Der Längsträger wird dabei aus einem oberen Teilträger und einem unteren Teilträger gebildet, die vertikal zueinander angeordnet und einzeln mit den Endstücken kraftschlüssigen miteinander verbunden sind. Zwischen dem oberen Teilträger und dem unteren Teilträger verläuft ein sich über die Länge der Teilträger erstreckendes Zwischenstück, welches die beiden Teilträger in Höhenrichtung kraftschlüssig miteinander verbindet und wobei sowohl die Teilträger als auch das Zwischenstück aus Strangpressprofilen bestehen.
• Aus der DE 198 08 392 A1 ist eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus Leichtmetall-Gussknoten und/oder Kunststoffknoten und diese verbindenden Leichtmetall-Strangprofilen und/oder Kunststoffprofilen bekannt. Dabei sind als Leichtmetall-Gussknoten und/oder Kunststoffknoten wenigstens vier großvolumige, einstückige Basisknotenelemente vorgesehen, von denen jeweils zwei seitlich gegenüberliegend im Bereich des Vorderwagens und jeweils zwei seitlich gegenüberliegend im Bereich des Hinterwagens angeordnet sind. Die vier Basisknotenelemente sind über angeformte Anschlussteile mit Leichtmetall-Strangprofilen und/oder Kunststoffprofilen als Verbindungsträger zu einem Grundrahmen zusammengesteckt und verbunden. Hierdurch soll ein maßhaltiger Grundrahmen geschaffen werden, der dann mit weiteren Karosseriebauteilen und Funktionselementen bestückt und ergänzt werden kann. Auch hierbei muss jedoch der Grund Rahmen aus mehreren Einzelteilen zusammengebaut werden.
• Aus der DE 197 20 902 A1 ist eine Baugruppe für einen Cockpit-Bereich eines Kraftfahrzeuges mit einem sich in etwa über die Breite eines Fahrzeuginnenraums erstreckenden Querträger bekannt, wobei der Querträger an seinen Endbereichen Anschlussstellen zur Verbindung mit einer Fahrzeugzelle und eine zur Fahrzeuglängsachse außermittige Anschlussstelle zur Verbindung mit einer Lenksäule aufweist. Um die Fertigung der Cockpit-Baugruppe zu vereinfachen und die Variantenvielfalt der eingesetzten Bauteile zu verringern, bilden der Querträger und die Anschlussstellen eine Baueinheit. Die äußere Form des Querträgers und die Anschlussstellen zur Verbindung mit der Fahrzeugzelle sind symmetrisch zur Längsmittelebene des Querträgers oder symmetrisch zu dem auf einer Parallelen zur Fahrzeuglängsachse und senkrecht über letzterer liegenden geometrischen Mittelpunkt des Querträgers. Dabei ist die Längsmittelebene des Querträgers die sich vertikal und in Richtung der Fahrzeugquerachse erstreckende Ebene, die den auf einer parallel zur Fahrzeuglängsachse und senkrecht über dieser liegenden geometrischen Mittelpunkt des Querträgers schneidet. Hierdurch soll der Querträger ohne konstruktive Änderungen sowohl für Linkslenker-Fahrzeuge als auch für Rechtslenker-Fahrzeuge verwendbar sein.
• Schließlich ist aus der DE 100 23 194 A1 eine Aufbaustruktur eines Kraftfahrzeugs mit vorderen Federbeinaufnahmen bekannt. Die Aufbaustruktur des Vorderwagens weist zur Verstärkung der Federbeinaufnahme zwischen einem oberen Haubenträger und einem unteren Längsträger der Fahrzeugplattform eine in Fahrzeugquerrichtung angeordnete Verstärkungskonsole auf, die einen Randbereich eines Aufbaubleches des Radhauses abschließend verstärkt.
• Hier setzt die Erfindung an. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Strukturteil eingangs erwähnter Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere eine Teilevielfalt reduziert und dadurch den Zusammenbau der Tragstruktur vereinfacht und gleichzeitig besonders maßhaltig ist.
• Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zumindest an einem Steg eines Strukturteils, welches als Gussteil ausgebildet und im Bereich einer Kraftfahrzeugachse angeordnet ist und welches einen in Längsrichtung verlaufenden Ober- und Untergurt aufweist, Versteifungskonturen anzuformen, die im wesentlichen parallel und/oder orthogonal zu den Gurten und/oder zickzackförmig zwischen diesen verlaufen. Hierdurch wird ein einstückiges Strukturteil geschaffen, welches eine hinsichtlich seiner Steifigkeit, seines Crashverhaltens und der mit der Herstellung verbundenen Bauteiltoleranzen deutlich verbesserte Gestaltung erlaubt. Insbesondere die Bauteiltoleranzen können durch das erfindungsgemäße Strukturteil reduziert werden, wodurch eine besonders hohe Maßhaltigkeit bei der Fertigung erreicht werden kann. Die Versteifungskonturen bewirken dabei eine erhöhte Steifigkeit und ein verbessertes Crashverhalten bei gleichzeitig reduziertem Gewicht. Gleichzeitig erlaubt die Gusstechnik eine freie Gestaltung der Bauteilgeometrie, insbesondere im Hinblick auf Materialdickensprünge, so dass das Strukturteil besonders gut an auftretende Belastungsfälle anpassbar ist. Vor allem kann das erfindungsgemäße Strukturteil nahezu unverändert vom Entwurf in die Realität umgesetzt werden, da hierfür nur die Gussform entsprechend geändert werden muss.
• Das Strukturteil fasst Teile eines Längsträgers, eines Dämpferbeins und Achsaufnahmebauteile in einem Guss-Strukturteil zusammen und reduziert dadurch die Teilevielfalt sowie den Herstellungsaufwand bei der Fertigung des Kraftfahrzeugs. Die am Steg angeformten Versteifungskonturen versteifen das Strukturteil, ohne dass hierfür zusätzlich anzubringende Ble che erforderlich sind. Insbesondere die hohe Maßgenauigkeit und die geringen Bauteiltoleranzen, welche mit dem erfindungsgemäßen Strukturteil erzielt werden können, gewährleisten eine hohe Qualität.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das Strukturteil angeformte Anbindungsbereiche zur Anbindung der Achse des Fahrzeugs an das Strukturteil auf. Die Anbindungsbereiche sind dabei Bestandteil des Strukturteils und werden mit diesem in einem Herstellungsschritt hergestellt bzw. gegossen. Durch diesen Umstand kann eine Lagetoleranz zwischen zwei Anbindungsbereichen eines Strukturteils deutlich vermindert werden und dadurch eine gleichmäßige und maßhaltige Fertigung erreicht werden.
• Zweckmäßig verlaufen die Versteifungskonturen nahezu ungestört durch die Anbindungsbereiche hindurch. Da die Anbindungsbereiche zur Anbindung der Achse an das Strukturteil besonders hoch belastet sind, ist eine besonders hohe Steifigkeit in diesen Bereichen unerlässlich. Dies wird dadurch erreicht, dass die Versteifungskonturen, welche beispielsweise auch als Versteifungsrippen ausgebildet sein können, in die Anbindungsbereiche hinein und durch diese hindurch verlaufen und dadurch einen ungestörten Kraftfluss über die Anbindungsbereiche hinweg ermöglichen. Hierdurch werden die vom Fahrwerk her auftretenden Kräfte gleichmäßig in die Tragstruktur eingeleitet.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bildet das Strukturteil im Bereich der Achsen des Kraftfahrzeugs einen Längsträger der Tragstruktur oder ist an einen solchen angebunden. Hier übernimmt das Strukturteil die Aufgaben eines Längsträgers und gewährleistet darüber hinaus die zuverlässige Anbindung der Kraftfahrzeugachse an den Tragrahmen. weist das Strukturteil zudem noch zumindest einen dritten Anbindungsbereich zur Anbindung eines Dämpferbeins an das Strukturteil auf, so können bisher getrennte Bauteile, wie beispielsweise Längsträger, Dämpferbein und Achsaufnahmebauteile, nunmehr in einem einzigen Guss-Strukturteil rationell zusammengefasst werden. Fertigungsfehler bzw. Ungenauigkeiten bei der Montage der einzelnen Teile können somit vermieden werden, wodurch einerseits ein reduzierter Fertigungsaufwand und damit reduzierte Fertigungskosten und andererseits eine verbesserte Qualität erreicht werden können.
• Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Strukturteil eine gewölbeartige Bogenform auf. Die Bogenform ist dabei vorzugsweise an einen Radlauf des Kraftfahrzeuges angepasst, wodurch die Integration des Strukturteils in bestehende Karosseriestrukturen erleichtert wird. Durch die Ausgestaltung als Gussteil kann dem Strukturteil nahezu jede beliebige Form gegeben werden, wodurch sich konstruktive Freiräume ergeben.
• Zweckmäßig ist zumindest ein Anbindungsbereich als einseitig offene, hohlformartige und in das Strukturteil integrierte Aufnahme ausgebildet. Durch die Integration der Aufnahme bzw. des Anbindungsbereichs in das Guss-Strukturteil ist ein nachträgliches Anbringen bzw. Montieren des Anbindungsbereiches an das Strukturteil entbehrlich, wodurch sich ebenfalls Fertigungskosten und Fertigungszeit reduzieren lassen. Darüber hinaus gewährleistet die Integration der Anbindungsbereiche in das Guss-Strukturteil eine hohe Maßgenauigkeit und geringe Lagetoleranzen zwischen zwei Anbindungsbereichen bzw. Aufnahmen. Dieser Umstand erleichtert zum einen die Fertigung bzw. den Anbau der Fahrzeugachse und sichert zum anderen eine gleich bleibend hohe Qualität.
• Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
• 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.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
• Die einzige 1 zeigt eine Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes Strukturteil.
• Entsprechend 1 weist ein Strukturteil 1 einer im Übrigen nicht dargestellten Tragstruktur, insbesondere eines Tragrahmens eines Kraftfahrzeuges, einen in Längsrichtung desselben verlaufenden Obergurt 2, einen Untergurt 3 sowie einen dazwischen angeordneten Steg 4 auf. Generell kann das Strukturteil 1 als Gussteil ausgebildet und im Bereich einer schematisiert dargestellten Achse 5 des Kraftfahrzeuges angeordnet sein. Zur Versteifung des Strukturteils 1 sind am Steg 4 Versteifungskonturen 6 angeformt, die im wesentlichen parallel und/oder orthogonal zum Obergurt 2 bzw. zum Untergurt 3 und/oder zickzackförmig zwischen diesen verlaufen.
• Gemäß 1 weist das Strukturteil 1 eine gewölbeartige Bogenform auf, wobei denkbar ist, dass das Strukturteil 1 im wesentlichen radiusartig um die Achse 5 verläuft. Die Form des Strukturteils 1 ist dabei vorzugsweise an einen Radlauf des Kraftfahrzeuges angepasst und kann dadurch einfach in bestehende Karosseriestrukturen integriert werden.
• In Fahrtrichtung vor und hinter der Achse 5 weist das Strukturteil 1 angeformte Anbindungsbereiche 7 und 7' auf, welche zur Anbindung der Fahrzeugachse 5 an das Strukturteil 1 dienen. Generell ist vorgesehen, dass das Strukturteil 1 im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verläuft und der erste Anbindungsbereich 7 in Fahrtrichtung vor und der zweite Anbindungsbereich 7' Fahrtrichtung hinter der Fahrzeugachse 5 angeordnet ist. Dabei kann zumindest einer der Anbindungsbereiche 7, 7' als einseitig offene, hohlformartige und in das Strukturteil 1 integrierte Aufnahme 8 ausgebildet sein. Über die Aufnahme 8 wird die Fahrzeugachse 5 mit nicht gezeigten Anbindungselementen am Strukturteil 1 zuverlässig angebunden. Die Aufnahme 8 ist in einem von ihrer Offenseite abgewandten Bereich von einem im wesentlichen zylinderförmigen, hülsenartigen Aufnahmebereich 10 umgeben, der eine zuverlässige Anbindung der Achsanbindungselemente am Strukturteil 1 ermöglicht. Der Aufnahmebereich 10 weist einen sich zur Offenseite der Aufnahme 8 hin kegelstumpfartig aufweitenden Bereich 9 auf, der zu einer massiven Aussteifung durch Materialverdickung führt. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Strukturteil 1 bei entsprechender Ausgestaltung auch in Fahrzeugquerrichtung verbaut werden bzw. andere Funktionen übernehmen.
• Generell ist denkbar, dass das Strukturteil 1 im Bereich der Achse 5 des Kraftfahrzeuges einen nicht gezeigten Längsträger der Tragstruktur bildet oder an einen solchen angebunden ist. Am Obergurt 2 weist das Strukturteil 1 gem. 1 zumindest einen dritten Anbindungsbereich 7'' zur Anbindung eines nicht gezeigten Dämpferbeins an das Strukturteil 1 auf. Das erfindungsgemäße Strukturteil 1 ermöglicht somit eine Zusammenfas sung von Längsträger-, Dämpferbein und Achsaufnahmebauteilen in einem einzigen, einstückigen Guss-Strukturteil 1, wodurch die Teilevielfalt und ein Montageaufwand reduziert werden können.
• Denkbar ist auch, dass die Versteifungskonturen 6 als Versteifungsrippen ausgebildet sind und nahezu ungestört durch die Anbindungsbereiche 7 und 7' hindurch bzw. über diese hinweg verlaufen und dadurch einer insbesondere dort erhöhten Steifigkeitsanforderung genüge tun. Der Verlauf der Versteifungskonturen 6 bzw. der Versteifungsrippen ist dabei auf einen Kraftfluss innerhalb des Strukturteils 1 abgestimmt, der sich beispielsweise durch das Fahrwerk ergibt, wodurch eine besonders effektive Lastabtragung erfolgen kann. Zusätzlich angeordnete bzw. angeschweißte Versteifungselemente sind durch das erfindungsgemäß ausgestaltete Strukturteil 1 entbehrlich, wodurch ebenfalls ein Fertigungsaufwand reduziert werden kann.
• Durch die Ausbildung des Strukturteils 1 als Gussteil können zudem Bauteiltoleranzen reduziert werden, was eine qualitativ hochwertige Fertigung ermöglicht. Insbesondere die äußerst geringen Maßabweichungen zwischen den beiden Anbindungsbereichen 7 und 7' bieten im Vergleich zu herkömmlichem hergestellten Strukturteilen aus Blechteilen mit daran angeordneten Anbindungsbereichen deutliche Vorteile.
• Die Zusammenfassung von Längsträger, Dämpferbein und Aufnahmebauteilen in einem einzigen Guss-Strukturteil 1 bietet darüber hinaus ein verbessertes Crashverhalten.

Claims (9)

1. Strukturteil (1) für eine Tragstruktur, insbesondere für einen Tragrahmen eines Kraftfahrzeugs, – wobei das Strukturteil (1) als Gussteil ausgebildet und im Bereich einer Achse (5) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, – wobei das Strukturteil (1) einen in Längsrichtung desselben verlaufenden Ober- und Untergurt (2, 3) sowie einen dazwischen angeordneten Steg (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Steg (4) Versteifungskonturen (6) angeformt sind, die im wesentlichen parallel und/oder orthogonal zu den Gurten (2, 3) und/oder zickzackförmig zwischen diesen verlaufen.
2. Strukturteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungskonturen (6) als Versteifungsrippen ausgebildet sind.
3. Strukturteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (1) angeformte Anbindungsbereiche (7, 7') zur Anbindung der Achse (5) an das Strukturteil (1) aufweist.
4. Strukturteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungskonturen (6) nahezu ungestört durch die Anbindungsbereiche (7, 7') hindurch verlaufen.
5. Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (1) im Bereich der Achse (5) des Kraftfahrzeugs einen Längsträger der Tragstruktur bildet oder an einen solchen angebunden ist.
6. Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (1) im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verläuft und ein erster Anbindungsbereich (7) in Fahrtrichtung vor und ein zweiter Anbindungsbereich (7') in Fahrtrichtung hinter der Achse (5) angeordnet ist.
7. Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Anbindungsbereich (7, 7') als einseitig offene, hohlformartige und in das Strukturteil (1) integrierte Aufnahme (8) ausgebildet ist.
8. Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (1) eine gewölbeartige Bogenform aufweist.
9. Strukturteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (1) zumindest einen dritten Anbindungsbereich (7'') zur Anbindung eines Dämpferbeins an das Strukturteil (1) aufweist.