DE102006044066A1 - Befestigungsanordnung eines Verbindungselements an einem Trägerhohlprofil eines Kraftwagens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung eines Verbindungselements (44, 48) an einem Trägerhohlprofil (Längsträger 30; Querträger 36) insbesondere eines Integralträgers (38) eines Kraftwagens, bei der das Trägerhohlprofil (Längsträger 30; Querträger 36) eine einen Hohlraum (54, 56) begrenzende Profilwand (50, 52) mit einander gegenüberliegenden Wandbereichen (58, 60, 64, 66) umfasst, wobei das Verbindungselement (44, 48) an dem Trägerhohlprofil (Längsträger 30; Querträger 36) festgelegt und zur Aufnahme eines Befestigungsmittels (Schraube 76) ausgebildet ist, über welches das Trägerhohlprofil (Längsträger 30; Querträger 36) mit einem Anschlussbauteil (Hauptlängsträger 16) zu verbinden ist, wobei das Verbindungselement (44, 48) über jeweilige Aussparungen (62) innerhalb der gegenüberliegenden Wandbereiche (58, 60, 64, 66) der Profilwand (50, 52) durch das Trägerhohlprofil (Längsträger 30; Querträger 36) hindurch gesteckt und an diesem festgelegt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft die Befestigungsanordnung eines Verbindungselements an einem Trägerhohlprofil insbesondere eines Integralträgers eines Kraftwagens der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
• Aus der DE 102 54 556 A1 ist bereits ein derartiger Integralträger als bekannt zu entnehmen, dessen seitliche Trägerhohlprofile jeweils einen eine Hohlraum begrenzende Profilwand mit einander gegenüberliegenden Wandbereichen umfasst. An den beiden Trägerhohlprofilen sind eine Mehrzahl von Verbindungselementen in Form von Blechlaschen angebracht, über welche beispielsweise der Integralträger am Rohbau des Kraftwagens festzulegen ist, an welchen Motorlager eines oberhalb angeordneten Motors zu befestigen sind oder an welchen Fahrwerksglieder des Kraftwagens schwenkbar abzustützen sind. Als Verbindungselemente sind dabei beispielsweise zwei winkelförmige Blechlaschen an dem jeweiligen Trägerhohlprofil festgelegt und zur Aufnahme eines Befestigungsmittels wie beispielsweise einer Schraubverbindung mit Durchgangsöffnungen versehen, über welche das Trägerhohlprofil mit dem Anschlussbauteil zu verbinden ist. Die Blechlaschen bzw. Aufnahmen sind dabei einwandig ausgebildet, so dass ein aufgenommenes Befestigungsmittel, beispielsweise in Form einer Schraubverbindung entsprechend stark angezogen werden kann, um das Trägerhohlprofil mit dem Anschlussbauteil zu verbinden. Allerdings haben derartige einwandige Blechlaschen den Nachteil, dass sie äußerst massiv gestaltet werden müssen, um entsprechend hohe Kräfte – welche beispielsweise durch die Befestigungsmittel übertragen werden – aufnehmen zu können.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Befestigungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das Verbindungselement deutlich stabiler am zugehörigen Trägerhohlprofil festgelegt ist und dass über das Verbindungselement deutlich höhere Kräfte auf das Trägerhohlprofil übertragen werden können.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
• Damit das Verbindungselement deutlich stabiler am zugehörigen Trägerprofil festgelegt ist und demzufolge höhere Kräfte auf das Trägerhohlprofil übertragen kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verbindungselement über jeweilige Aussparungen innerhalb der gegenüberliegenden Wandbereiche der Profilwand durch das Trägerhohlprofil hindurch gesteckt und an diesem festgelegt ist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verbindungselement innerhalb des Hohlraums des Trägerhohlprofils verläuft und an jeweiligen Aussparungen aus diesem austritt. Dabei kann das Verbindungselement auf einfache Weise mit der Profilwand verbunden werden, so dass dieses vorzugsweise an beiden gegenüberliegenden Wandbereichen festgelegt ist.
• Ein großer Vorteil eines derartigen Verbindungselementes ist es, dass beispielsweise zur Verbindung des Trägerhohlprofils mit einem Anschlussbauteil ein Befestigungsmittel in Form einer Schraube durch dieses hindurchgesteckt und angezogen werden kann, ohne dass die gegenüberliegenden Wandbereiche der Profilwand des Trägerhohlprofils gegeneinander verformt werden. Vielmehr sorgt das Verbindungselement, welches durch beide gegenüberliegenden Wandbereiche der Profilwand des Trägerhohlprofils hindurchgesteckt ist, für eine äußerst steife Verbindung des Trägerhohlprofils mit dem Anschlussbauteil, ohne dass hierbei die Profilwand des Trägerhohlprofils übermäßig belastet wird. Demzufolge ist es mit der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung möglich, Trägerhohlprofile mit einer relativ dünnen Profilwand bzw. mit relativ dünnen, gegenüberliegenden Wandbereichen einzusetzen, ohne dass die Gefahr besteht, dass bei einer Festlegung des Trägerhohlprofils an einem Anschlussbauteil beispielsweise über eine Schraubverbindung die beiden Wandbereiche gegeneinander deformiert werden.
• Darüber hinaus ergibt sich eine äußerst platzsparende Befestigungsanordnung des Verbindungselements an dem Trägerhohlprofil, indem dessen ohnehin vorhandener Hohlraum genutzt wird, um das Verbindungselement hindurchzuführen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft gezeigt, wenn das Verbindungselement an beiden gegenüberliegenden Wandbereichen der Profilwand festgelegt ist. Zur Festlegung des Verbindungselements an den beiden gegenüberliegenden Wandbereichen haben sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Fügverbindungen, und insbesondere Schweißverbindungen als besonders vorteilhaft gezeigt, da diese eine äußerst stabile Verbindung gewährleisten und darüber hinaus einfach und prozesssicher in der Montage herzustellen sind.
• Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Aussparungen innerhalb der gegenüberliegenden Wandbereiche der Profilwand an den entsprechenden Querschnitt des Verbindungselements angepasst sind. Hierdurch kann eine besonders stabile Festlegung des Verbindungselements am Trägerhohlprofil erreicht werden, welche beispielsweise neben der stoffschlüssigen Fügverbindung auch eine formschlüssige Verbindung der Bauteile gewährleistet.
• Steht das Verbindungselement mit einem stirnseitigen Kragen gegenüber dem zugehörigen Wandbereich der Profilwand über, so kann auf einfache Weise gewährleistet werden, dass das Trägerhohlprofil über das Verbindungselement mit dem Anschlussbauteil verbunden ist, wobei die Profilwand bzw. der jeweilige Wandbereich des Trägerhohlprofils selbst nicht in Berührung mit dem Anschlussbauteil kommt.
• Als zudem vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Verbindungselement als Hülse mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet ist, durch welche das Befestigungsmittel, insbesondere in Form einer Schraube, hindurch zu stecken ist. Hierdurch können die vom zentral angeordneten Befestigungsmittel erzeugten Anzugskräfte bzw. Anzugsmomente in optimaler Weise auf das Verbindungselement übertragen werden.
• Als außerdem vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Verbindungselement im Bereich einer der Wandbereiche der Profilwand einen im Querschnitt vergrößerten Kopf umfasst, wobei die entsprechende Aussparung innerhalb des zugehörigen Wandbereichs an den Kopf angepasst ist. Durch den Kopf kann somit auf einfache Weise die stirnseitige Anlagefläche des Verbindungselements vergrößert werden, so dass zwischen dem Trägerhohlprofil und dem jeweiligen Anschlussbauteil noch höhere Kräfte übertragen werden können.
• Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, den Integralträger mit einer Mehrzahl von Verbindungselementen zu versehen, um diesen an der Kraftwagenkarosserie festzulegen oder aber Anschlussbauteile, wie beispielsweise Motorlager, Fahrwerksglieder oder dergleichen an diesem zu befestigen.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
• 1 eine schematische Perspektivansicht auf eine ausschnittsweise im Bereich ihrer Vorbaustruktur dargestellte Karosserie eines Personenkraftwagens, welche zwei auf Höhe einer mittleren Längsträgerebene angeordnete Hauptlängsträger umfasst, an deren Unterseite ein Integralträger mit zwei Längsträger einer unteren Längsträgerebene festgelegt ist;
• 2 eine schematische Draufsicht auf das Hohlprofil des – in Vorwärtsfahrtrichtung betrachtet – linken Längsträgers der unteren Längsträgerebene bzw. des Integralträgers, der über zwei als Querträger ausgebildete Trägerhohlprofile mit dem benachbarten Längsträger verbunden ist, wobei die Befestigungsanordnung von mehreren Verbindungselementen an den Trägerhohlprofilen des Längsträgers und des hinteren Querträgers erkennbar sind, über welche der Integralträger an der Karosserie des Personenkraftwagens festzulegen ist bzw. an welchen Anschlussbauteile wie Motorlager, Fahrwerksglieder oder dergleichen festzulegen sind;
• 3 eine ausschnittsweise vergrößerte Perspektivansicht des Details III in 2, auf welchem die Befestigungsanordnung von drei Verbindungselementen an den Trägerhohlprofilen des Längsträgers bzw. des hinteren Querträgers erkennbar ist; und in
• 4 eine ausschnittsweise Seitenansicht auf das hintere Ende des Längsträgers des Integralträgers gemäß den 2 und 3, wobei das Trägerhohlprofil des Längsträgers über ein in 3 erkennbares Verbindungselement über eine Schraubverbindung mit dem zugehörigen Hauptlängsträger der Kraftwagenkarosserie verbunden ist.
• In 1 ist in einer schematischen Perspektivansicht von einer Karosserie 10 eines Personenkraftwagens im Wesentlichen eine Vorbaustruktur 12 erkennbar, welche sich nach vorne hin an die Fahrgastzelle 14 des Personenkraftwagens anschließt. Von der Vorbaustruktur 12 sind als wesentliche Bauteile zwei Hauptlängsträger 16 einer mittleren Hauptlängsträgerebene 18 erkennbar, welche innenseitig des jeweils zugeordneten Radhauses für nicht dargestellte Vorderräder in Fahrzeuglängsrichtung verlaufen. Nach hinten hin stützen sich die beiden Hauptlängsträger 16 an einer Stirnwand 24 ab, welche die Fahrgastzelle 14 nach vorne hin begrenzt. Oberhalb der beiden Hauptlängsträger 16 erstrecken sich zwei obere Längsträger 22, welche oberseitig von jeweils zugehörigen Kotflügeln der Karosserie 10 verlaufen. Innenseitig der oberen Längsträger 22 schließen sich innere Seitenwände 26 an, aus welchen Dämpferdome 28 für jeweilige Feder- und Dämpferelemente ausgeformt sind.
• In einem Abstand unterhalb der beiden Hauptlängsträger 16 verlaufen zwei Längsträger 30 einer unteren Längsträgerebene 32, welche vorliegend über einen vorderen und einen hinteren Querträger 34, 36 zu einem Integralträger 38 verbunden sind. Der Integralträger 38 dient dabei in üblicher Weise zur Aufnahme eines nicht dargestellten Motors über entsprechende Motorlager. Darüber hinaus können an dem Integralträger 38 auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise Anschlussbauteile wie beispielsweise Fahrwerksglieder oder dergleichen festgelegt werden.
• Der Integralträger 38 ist über seitliche Halter 40 festgelegt, welche sich ausgehend von den beiden Längsträgern 30 in Richtung zum vorderen Ende der Hauptlängsträger 16 hin erstrecken. Darüber hinaus sind die beiden Längsträger 30 im Bereich ihrer hinteren Enden 42 am jeweiligen Hauptlängsträger 16 auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise festgelegt.
• 2 zeigt in einer schematischen Draufsicht den – in Vorwärtsfahrtrichtung betrachtet – linken Teil des Integralträgers 38 mit dem linken Längsträger 30, der mit den ausschnittsweise erkennbaren Querträgern 34, 36 verbunden ist. Dabei ist in 2 die grundsätzliche Befestigungsanordnung von Verbindungselementen 44, 46, 48 an dem Längsträger 30 bzw. dem hinteren Querträger 36 erkennbar. Die Verbindungselemente 44, 46, 48 dienen auf im Weiteren noch näher erläuterte Art zur Festlegung des Integralträgers an dem zugehörigen Hauptlängsträger 16 bzw. zur Aufnahme eines zugeordneten, nicht dargestellten Motorlagers.
• Die konkrete Befestigungsanordnung der drei Verbindungselemente 44, 46, 48 soll nun anhand der 3 und 4 näher erläutert werden, wobei 3 in einer schematischen und vergrößerten Perspektivansicht das Detail III aus 2 zeigt, und wobei in 4 in einer schematischen Seitenansicht das hintere Ende 42 des Längsträgers 30 des Integralträgers 38 erkennbar ist, welches unter Vermittlung des zugehörigen Verbindungselements 46 unterseitig des Hauptlängsträgers 16 festgelegt ist.
• Zunächst ist aus 3 erkennbar, dass der Längsträger 30 und der hintere Querträger 36 des Integralträgers 38 als Trägerhohlprofile bzw. Hohlrohre mit im Wesentlichen kreisringförmigem Querschnitt ausgebildet sind. Weiterhin ist aus 3 erkennbar, dass insbesondere der Längsträger 30 eine umlaufende Profilwand 50 umfasst, deren Wandstärke relativ gering ist. Hierdurch wird eine besonders gewichtsgünstige Ausgestaltung des Längsträgers 30 bzw. des Integralträgers 38 erreicht. Demgegenüber weist der ebenfalls als Trägerhohlprofil gestaltete hintere Querträger 36 eine Profilwand 52 mit einer etwas größeren Wandstärke auf. Die jeweiligen, umlaufenden Profilwände 50, 52 des Längsträgers 30 bzw. des hinteren Querträgers 36 begrenzen jeweils einen Hohlraum 54, 56, des entsprechenden Trägerhohlprofils.
• Aus 3 ist erkennbar, dass aus diametral gegenüberliegenden Wandbereichen 58, 60 der Profilwand 50 Aussparungen 62 ausgenommen sind, so dass die Verbindungselemente 44, 46 durch das Trägerhohlprofil des Längsträgers 30 hindurch gesteckt werden können. Des Weiteren sind an diametral entgegengesetzten Wandbereichen 64, 66 der Profilwand 52 des hinteren Querträgers 36 ebenfalls jeweilige Aussparungen 62 vorgesehen, über welche das Verbindungselement 48 durch das Trägerhohlprofil des Querträgers 36 hindurchgesteckt ist.
• Es ist erkennbar, dass die beiden Verbindungselemente 44, 48 im Wesentlichen formgleich gestaltet sind, während das am hinteren Ende 42 des Längsträgers 30 angeordnete Verbindungselement 46 im Bereich des Wandbereichs 58 einen im Querschnitt vergrößerten Kopf 68 umfasst, wobei die zugeordnete Aussparung 62 in ihrer Form an diesen angepasst ist. Allen drei Verbindungselementen 44, 46, 48 ist eine im Wesentlichen rohr- bzw. hülsenförmige Grundform mit einer Durchgangsöffnung 70 gemeinsam, welches zur Aufnahme eines Befestigungsmittels, beispielsweise einer in 4 dargestellten Schraube dient. Weiterhin ist es allen Verbindungselementen 44, 46, 48 im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemeinsam, dass sie mit einem jeweiligen Kragen 72 gegenüber dem zugehörigen Wandbereich 58, 60 bzw. 64, 66 erhaben überstehen. Weiterhin ist es allen drei Verbindungselementen 44, 46, 48 gemeinsam, dass sie vorliegend über Schweißverbindungen 74 an jeweils den beiden gegenüberliegenden Wandbereichen 58, 60, 64, 66 festgelegt sind. Als im Rahmen der Erfindung mitumfasst ist es jedoch zu betrachten, das auch alle gängigen anderen Fügverbindungen eingesetzt werden könnten, um die Verbindungselemente 44, 46, 48 mit dem jeweiligen Wandbereich 58, 60, 64, 66 zu verbinden.
• Anhand von 4, soll nun die Funktionsweise der Verbindungselemente 46, 48 näher erläutert werden:
  Hierzu ist aus 4 erkennbar, dass das am hinteren Ende 42 des Längsträgers 30 festgelegte Verbindungselement 46 über eine Schraube 76 am zugehörigen Hauptlängsträger 16 angeschraubt ist. Durch den im Querschnitt vergrößerten Kopf 68 wird dabei erreicht, dass das Verbindungselement 46 besonders großflächig am Hauptlängsträger 16 abgestützt ist. Wird nun die Schraube 76 angezogen, so wird das Verbindungselement 46 gegen den Hauptlängsträger 16 gespannt, ohne dass hierbei die Profilwand 50 des Längsträgers 30 übermäßig belastet wird oder gar dessen Wandbereiche 58, 60 gegeneinander gequetscht bzw. deformiert werden. Vielmehr ist durch das Verbindungselement 46 eine äußerst steife Festlegung des Längsträgers 30 am Hauptlängsträger 16 dadurch gegeben, dass das Verbindungselement 46 an beiden Wandbereichen 58, 60 mit dem Längsträger 30 verschweißt ist. Durch die überstehenden Kragen 72 wird darüber hinaus erreicht, dass der Längsträger 30 nicht in direkten Kontakt mit dem Hauptlängsträger 16 kommt.
• Das in 4 ebenfalls erkennbare Verbindungselement 48 dient vorliegend zur Aufnahme eines nicht dargestellten Motorlagers, welches über eine ebenfalls nicht dargestellte Schraube an dem hülsenartigen Verbindungselement 48 festgelegt werden kann. Auch hier wird durch die Festlegung des Verbindungselements 48 an beiden Wandbereichen 64, 66 der Profilwand 52 des Querträgers 36 erreicht, dass aus dem Motorlager herrührende Kräfte in optimaler Weise auf den Querträger 36 übertragen werden können. Darüber hinaus ist gewährleistet, dass beim Anziehen einer das Verbindungselement 48 durchsetzenden Schraube keine Deformation der sich gegenüberliegenden Wandbereiche 64, 66 des Querträgers 36 erfolgen kann.
• Die Verbindungselemente 44, 46, 48 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Metallwerkstoff gestaltet. Als im Rahmen der Erfindung mitumfasst ist es jedoch zu betrachten, dass diese gegebenenfalls auch aus einem Kunststoff oder dergleichen hergestellt sein könnten. Darüber hinaus ist die Gestalt der Verbindungselemente 44, 46, 48 natürlich nicht auf die in den Figuren gezeigten Formen begrenzt. Insbesondere wäre es auch denkbar, Verbindungselemente mit nicht rundem Querschnitt zu verwenden.

Claims (9)

1. Befestigungsanordnung eines Verbindungselements (44, 46, 48) an einem Trägerhohlprofil (Längsträger 30; Querträger 36) insbesondere eines Integralträgers (38) eines Kraftwagens, bei der das Trägerhohlprofil (Längsträger 30; Querträger 36) eine einen Hohlraum (54, 56) begrenzende Profilwand (50, 52) mit einander gegenüberliegenden Wandbereichen (58, 60, 64, 66) umfasst, wobei das Verbindungselement (44, 46, 48) an dem Trägerhohlprofil (Längsträger 30; Querträger 36) festgelegt und zur Aufnahme eines Befestigungsmittels (Schraube 76) ausgebildet ist, über welches das Trägerhohlprofil (Längsträger 30; Querträger 36) mit einem Anschlussbauteil (Hauptlängsträger 16) zu verbinden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (44, 46, 48) über jeweilige Aussparungen (62) innerhalb der gegenüberliegenden Wandbereiche (58, 60, 64, 66) der Profilwand (50, 52) durch das Trägerhohlprofil (Längsträger 30; Querträger 36) hindurch gesteckt und an diesem festgelegt ist.
2. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (44, 46, 48) an beiden gegenüberliegenden Wandbereichen (58, 60, 64, 66) der Profilwand (50, 52) festgelegt ist.
3. Befestigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (44, 46, 48) über eine Fügverbindung, insbesondere eine Schweißverbindung (74) an den beiden gegenüberliegenden Wandbereichen (58, 60, 64, 66) der Profilwand (50, 52) festgelegt ist.
4. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (62) innerhalb der gegenüberliegenden Wandbereiche (58, 60, 64, 66) der Profilwand (50, 52) an den entsprechenden Querschnitt des Verbindungselements (44, 46, 48) angepasst sind.
5. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (44, 46, 48) mit einem stirnseitigen Kragen (72) gegenüber dem zugehörigen Wandbereich (58, 60, 64, 66) der Profilwand (50, 52) übersteht.
6. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (44, 46, 48) als Hülse mit einer Durchgangsöffnung (70) ausgebildet ist, durch welche das Befestigungsmittel (Schraube 76) hindurch zu stecken ist.
7. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (46) im Bereich einer der Wandbereiche (58) der Profilwand (50) einen im Querschnitt vergrößerten Kopf (68) umfasst, wobei die zugeordnete Aussparung (62) innerhalb des jeweiligen Wandbereichs (58) an den Kopf (68) angepasst ist.
8. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Integralträger (38) über eine Mehrzahl von Verbindungselementen (44, 46) an einer Kraftwagenkarosserie (10) festzulegen ist.
9. Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Integralträger (38) eine Mehrzahl von Verbindungselementen (48) umfasst, über welche Anschlussbauteile wie Motorlager, Fahrwerksglieder oder dergleichen festzulegen sind.