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Die
Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie mit zumindest einer Zug-Druck-Strebe
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige
Zug-Druckstreben kommen beispielsweise als Domstreben zwischen zwei
Federbeindomen zum Einsatz. Sie dienen zur Versteifung der Fahrzeugkarosserie
und werden traditionell meist als Stahlrohrkonstruktion ausgeführt.
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Aus
der
DE 92 07 011 U1 ist
eine Domstrebe mit an beiden Strebenenden vorgesehenen Stützorganen
für die Befestigung an der Karosserie bekannt. Zwischen
jedem Stützorgan und dem damit verbundenen Strebenende
ist ein Kugelgelenk eingesetzt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Fahrzeugkarosserie zu schaffen, die eine
besonders hohe Steifigkeit aufweist.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Fahrzeugkarosserie mit zumindest einer Zug-Druck-Strebe
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist
eine Zug-Druck-Strebe einer Fahrzeugkarosserie im Querschnitt gesehen
ein offenes Profil auf. Eine Zug-Druckstrebe im Sinne dieser Erfindung
kann vor allem Zug- und Druckkräfte aufnehmen. Sie ist
für Biegebeanspruchungen kaum geeignet. Ein offenes Profil
kann beispielsweise C- oder U-förmig gehalten sein. Es
enthält zur Versteifung normalerweise mehrere in Längsrichtung verlaufende
Biegekanten. Eine solche Zug-Druck-Strebe mit einem offenen Profil lässt
sich problemlos an ihren Enden mit anderen Bauteilen der Karosserie
verschrauben. Bei geschlossenen Hohlprofilen dagegen werden die
zu verschraubenden Enden üblicherweise flachgedrückt.
Diese flachgedrückten Enden weisen ungünstigerweise
ein erhebliches Setzverhalten auf, sodass sich Verschraubungen lockern
können. Darum werden häufig massive Endstücke
auf die Enden der geschlossenen Hohlprofile aufgeschweißt,
was mit erheblichen Mehrkosten verbunden ist. Die Verwendung eines
offenen Profils ermöglicht eine sichere Verschraubung der
Enden der Zug-Druck-Strebe ohne zusätzlichen Aufwand, da
es zu keinem nennenswerten Setzverhalten kommt.
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Das
offene Profil ermöglicht auch den Einsatz von Herstellverfahren,
die bei geschlossenen Profilen nicht geeignet sind. So kann die Zug-Druck-Strebe
tiefgezogen werden, wenn das offene Profil keine Hinterschneidungen
aufweist. Dies ist ein bewährtes, kostengünstiges
Verfahren zum Herstellen von Karosseriebauteilen. Bei Zug-Druck-Streben
dagegen wurden bisher stets geschlossene Profile verwendet, die
nicht tiefgezogen werden können. Alternativ kann das offene
Profil rollprofiliert werden.
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Rollprofilieren
gehört zu der Gruppe der Fertigungsverfahren Biegeumformen
mit drehender Werkzeugbewegung. Beim Rollprofilieren wird ein Materialband
oder eine Platine durch hintereinander angeordnete horizontale Umform-
und vertikale Seitenrollen-Stationen transportiert. Dabei wird das durchlaufende
Materialband bzw. die Platine stufenweise von den Biegestationen
des Rollprofilier-Werkzeuges umgeformt, bis die Endform des Profils
erreicht ist. Die plastische Verformung erfolgt ausschließlich
quer zur Bandrichtung. Der Umformvorgang wird so gestaltet, dass
es in Längsrichtung zu keinen plastischen Verformungen
kommt. Häufig werden vor oder nach dem Umformvorgang weitere Prozessschritte
integriert. Dazu gehört vor allem das Stanzen. Rollformbauteile
haben gegenüber stranggepressten Profilen den großen
Vorteil einer breiten Einsatzmöglichkeit unterschiedlichster
Werkstoffe und die bessere Maßhaltigkeit. So können
im Gegensatz zum Strangpressen auch höherfeste Stähle
rollprofiliert werden.
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Bevorzugt
besteht die Zug-Druck-Strebe aus einem höherfesten Stahl.
Höherfeste Stähle weisen eine Streckgrenze von
180 N/mm2 oder mehr auf. Derartige höher festen
Stähle weisen bei relativ geringen Materialdicken bereits
sehr hohe Festigkeiten auf, sodass sie im Vergleich zu konventionellen Stahlsorten
bei gleicher Festigkeit ein deutlich geringeres Gewicht aufweisen.
Die erfindungsgemäße Zug-Druck-Strebe weist damit
eine hohe Steifigkeit bei einem relativ geringen Gewicht auf.
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Vorteilhafterweise
ist zumindest ein Endbereich der Zug-Druck-Strebe mit der restlichen
Fahrzeugkarosserie punktverschweißt. Dies ist eine sehr einfache
und im Karosseriebau weit verbreitete Verbindungstechnik. Das setzt
allerdings voraus, dass die Punktschweißzange an der Zug-Druck-Strebe angreifen
kann. Nur ein offener Querschnitt ermöglicht die erforderliche
Zugänglichkeit. Sowohl beim Verschrauben als auch beim
Verschweißen vereinfacht der offene Querschnitt also das
Erzeugen einer sicheren Verbindung maßgeblich. Auch zusätzliche Halter
können mit der Zug-Druck-Strebe punktverschweißt
sein, da auch hier aufgrund des offenen Profils die erforderliche
Zugänglichkeit gegeben ist. Neben Punktverschweißungen
sind auch andere Verbindungstechniken möglich, die eine
beidseitige Zugänglichkeit erfordern.
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Günstigerweise
wurde die Zug-Druck-Strebe aus einem Tailored Blank hergestellt.
Der Einsatz von sogenannten Tailored Blanks im Automobilbau ist
bereits allgemein bekannt. So heißt es dazu beispielsweise
im Buch
"Tailored Blanks", Band 250 der
Reihe "Die Bibliothek der Technik", Verlag moderne
industrie (ISBN 3-478-93294-7) auf Seite 10ff: ”Ein
Fahrzeug besteht aus einer Vielzahl von Einzelteilen, die zu Untergruppen
zusammengefasst werden. Eine solche Untergruppe muss in der Regel
verschiedene Anforderungen erfüllen, die sich jedoch teilweise
widersprechen. So soll z. B. eine Tür ein möglichst
geringes Gewicht haben, d. h. aus möglichst dünnem Blech
bestehen, und dennoch eine große Festigkeit und Steifigkeit
im Bereich der Scharniere aufweisen. Um diese gegensätzlichen
Anforderungen zu erfüllen, werden die Eigenschaften der
verschiedenen Türbereiche üblicherweise durch
die Integration zusätzlicher Einzelteile optimiert. Im
Bereich der Türscharniere und des Schlosses müssen
Verstärkungen an das Türinnenblech angeschweißt
werden, um die notwendige Festigkeit für die Aufnahme der
dort angreifenden Kräfte zu gewährleisten. Die
Integration zusätzlicher Einzelteile verursacht Kosten,
da diese Teile eigens hergestellt und mit der Untergruppe verbunden
werden müssen. Darüber hinaus können sich
durch die eingesetzten Fügeverfahren einzelne Merkmale
der Untergruppe verschlechtern. Zusätzliche Schmelz- und
Punktverschweißungen er höhen z. B. den thermisch
bedingten Verzug und vergrößern somit die Abweichungen
von der gewünschten Form der Untergruppe.
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Ein
Tailored Blank besteht aus mehreren Blechen unterschiedlicher Dicke,
mechanischer Eigenschaften und Oberflächenbeschichtungen.
Die ortsabhängigen Eigenschaften können bereits über
die Materialeigenschaften der Bleche realisiert werden. Daher sind
keine zusätzlichen Bauteile, z. B. zur Verstärkung,
zu fertigen. Die geringere Anzahl von Einzelteilen führt
auch zu einer Verringerung von Bauteiltoleranzen der Untergruppe.
...
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Häufig
reduzieren Tailored Blanks das Gewicht der Untergruppe. Bei Anwendungen
wie z. B. dem Fahrzeugboden lassen sich Punktschweißverbindungen
an überlappenden Blechkanten durch kontinuierliche, laserstrahlgeschweißte
Nähte ersetzen. Da die Überlappung der Bleche
entfällt, wird der Materialeinsatz verringert und Gewicht
eingespart.”
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Das
Herstellen der Zug-Druck-Strebe aus einem Tailored Blank ermöglicht
es, dass die Materialdicke über die Längserstreckung
der Zug-Druck-Strebe entsprechend den Beanspruchungen variiert.
So kann die Materialdicke an hochbeanspruchten Stellen dicker sein
als an gering beanspruchten Stellen. So kann die Zug-Druck-Strebe
an allen Bereichen die erforderliche Dicke aufweisen, sie ist aber
umgekehrt nirgends wesentlich zu hoch. Dies trägt zur Gewichtsreduzierung
der Zug-Druck-Strebe bei.
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Eine
erfindungsgemäße Zug-Druck-Strebe erhöht
die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie und verteilt die in die Fahrzeugkarosserie
eingeleiteten Kräfte. Dadurch reduziert sich die Belastung
in der restlichen Fahrzeugkarosserie, sodass diese ein geringeres
Strukturgewicht haben kann, was wiederum mit geringeren Kosten einhergeht.
Insbesondere die Verbindungsbereiche zwischen Längs- und
Querträgern können durch diagonal verlaufende Zug-Druck-Streben
entlastet werden. Ohne die Zug-Druck-Streben würden an
den Verbindungsbereichen wesentlich höhere Biege- und Torsionsmomente
entstehen, sodass die Verbindungsbereiche sehr steif und damit sehr
groß und schwer gestaltet werden müssten. Durch
den Einsatz der Zug-Druck-Streben können diese Verbindungsbereiche
filigraner gehalten werden.
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Neben
einer klassischen Anwendung als Domstrebe zwischen zwei vorderen
Federbeinaufnahmen im Vorderbau der Fahrzeugkarosserie eignen sich
die folgenden Verwendungen in einer Fahrzeugkarosserie besonders:
Die
Fahrzeugkarosserie weist seitliche Schweller und einen Vorderbau
mit zumindest zwei Motorträgern auf, zwischen denen ein
Vorderachsträger angebracht ist. Die Zug-Druckstreben können
sich günstigerweise zwischen den vorderen Endabschnitten
der beiden Schweller und dem mittleren Bereich des Vorderachsträgers
erstrecken, und so die Steifigkeit des Vorderbaus der Fahrzeugkarosserie
erhöhen.
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Die
Fahrzeugkarosserie weist beidseitig jeweils einen Stützträger
auf, der sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung
von einer A-Säule oder einer Stirnwand nach vorne erstreckt.
Auf beiden Seiten kann sich bevorzugt je eine Zug-Druck-Strebe zwischen
den Stützträgern im Bereich einer Federbeinaufnahme
und dem mittleren Bereich des Vorderachsträgers erstrecken.
Die Stützträger dienen zur Befestigung und/oder
zur Auflage von Beplankungsteilen, wie zum Beispiel von vorderen
Kotflügeln oder einer Motorhaube.
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Die
Fahrzeugkarosserie weist im Bereich einer Stirnwand einen Querträger
auf, der sich in Fahrzeugquerrichtung zwischen zwei A-Säulen
erstreckt. Jeweils eine Zug-Druck-Strebe kann sich von den beiden
vorderen Federbeinaufnahmen zum mittleren Bereich des Querträgers
erstrecken. Der Querträger dient zur Versteifung der Karosserie
und verläuft im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung. Er
kann sich als Windlaufquerträger zur Befestigung einer
Windschutzscheibe dienen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher
beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer
Darstellungsweise:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Fahrzeugkarosserie eines Cabrios,
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2 eine
Ansicht des hinteren Bereichs der in 1 gezeigten
Fahrzeugkarosserie von unten,
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3 eine
perspektivische Ansicht der in 1 und in 2 gezeigten
Zug-Druck-Streben und
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4 eine
perspektivische Detailansicht der in 3 gezeigten
Zug-Druck-Streben.
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In
den
1 und
2 ist eine erfindungsgemäße
Fahrzeugkarosserie eines Cabrios dargestellt. Die Fahrzeugkarosserie
weist eine Y-Heckverstrebung auf, wie sie in der
DE 100 23 110 A1 offenbart
ist. Der gesamte Offenbarungsgehalt der
DE 100 23 110 A1 wird hiermit
explizit in dieses Schutzrecht mit aufgenommen. Die Y-Heckverstrebung
besteht aus einem Heckquerträger
1, der zwischen
einem rechten und einem linken Längsträger
5,
6 im
hinteren Bereich einer Rohkarosserie angeordnet ist. Von dem Heckquerträger
1 erstreckt
sich eine Stütze
2 in Längsrichtung der
Rohkarosserie in Richtung auf einen Aufnahmebock
3. Die
Stütze
2 ist mittig an dem Heckquerträger
1 angeordnet.
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Der
Aufnahmebock 2 besteht aus einem im Wesentlichen dreieckförmigen
Träger, der quer zur Längsrichtung der Rohkarosserie
angeordnet ist und dessen Spitze sich nach unten in Richtung Fahrbahn erstreckt.
Der Heckquerträger 1 und die obere Seite des dreieckförmigen
Aufnahmebocks 3 sind im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet.
Dadurch ergibt sich eine im Wesentlichen horizontale Ebene, auf der
z. B. die Mulde zur Aufnahme eines Reserverades befestigt werden
kann.
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Die
am Heckquerträger 1 befestigte Stütze 2 verläuft
von der Mitte des Heckquerträgers 1 zur Spitze
des dreieckförmigen Aufnahmebocks 3 und ist somit
gegenüber einer Horizontalen geneigt, da die Spitze des
Aufnahmebocks 3 tiefer liegt als der Heckquerträger 1.
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Damit
eine hohe Torsionssteifigkeit erreicht wird, ist der Aufnahmebock 3 über
je eine Zug-Druck-Strebe 4 an je einem Schweller 8, 9 abgestützt.
Dabei sind die Zug-Druck-Streben 4 im Bereich der Spitze
des dreieckförmigen Aufnahmebocks 3 abgestützt.
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Zusätzlich
ist jede Zug-Druck-Strebe 4 in ihrer Mitte über
eine Stütze 7 an der Rohkarosserie abgestützt,
damit ein Ausknicken der Zug-Druck-Streben 4 vermieden
wird.
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In
den 3 und 4 sind die beiden Zug-Druck-Streben 4 noch
einmal allein ohne die Fahrzeugkarosserie perspektivisch dargestellt.
Die Enden der beiden Zug-Druck-Streben 4 sind jeweils verprägt.
Die Enden der Zug-Druck-Streben 4, die sich jeweils an
einem Schweller 8, 9 abstützen, sind mit
diesem verschraubt. Die beiden anderen Enden mit einem gemeinsamen
Aufnahmenblech 10 verbunden und sind zusammen mit dem Aufnahmeblech am
Aufnahmebock 3 verschraubt. Das Aufnahmeblech 10 dient
als Schutz gegen Beschädigungen von unten.
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Beide
Zug-Druck-Streben 4 bestehen aus tiefgezogenen Blechen
mit einem offenen Querschnitt ohne Hinterschneidungen. Dadurch ist
die Herstellung der beiden Zug-Druck-Streben 4 deutlich günstiger
als die Herstellung konventioneller Zug-Druck-Streben 4 mit
einem rohrförmigen, geschlossenen Querschnitt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 9207011
U1 [0003]
- - DE 10023110 A1 [0025, 0025]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ”Tailored
Blanks”, Band 250 der Reihe ”Die Bibliothek der
Technik”, Verlag moderne industrie (ISBN 3-478-93294-7)
auf Seite 10ff [0011]