DE102008049486A1 - Trägerstruktur eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

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Konrad Dipl.-Ing. Eipper
Arndt Dr. Ing. Gerick
Michael Dipl.-Ing. Scheydecker (Fh)
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Mercedes Benz Group AG
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Daimler AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/11Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted with resilient means for suspension, e.g. of wheels or engine; sub-frames for mounting engine or suspensions

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Trägerstruktur eines Kraftfahrzeuges umfassend zumindest zwei Trägerelemente und ein Verbindungselement, wobei mittels des aus Gussmaterial gefertigten Verbindungselementes die Trägerelemente miteinander verbunden sind und die Trägerelemente kraftübertragende Bauteile, wie Integralträger, Achsträger oder Motorträger sind, wobei zumindest eines der aus Blech gefertigten Trägerelemente in dem Verbindungselement eingegossen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Trägerstruktur eines Kraftfahrzeuges, umfassend zumindest zwei Trägerelemente und ein Verbindungselement, wobei mittels des aus Gussmaterial gefertigten Verbindungselementes die Trägerelemente miteinander verbunden sind und die Trägerelemente kraftübertragende Bauteile wie Integralträger, Achsträger oder Motorträger sind.
  • Bisher ist bekannt, bei Fahrzeugen Trägerelemente aus Guss zu fertigen. Auch ist bekannt, solche Integralträger, Achsträger oder Motorträger aus Profilteilen herzustellen.
  • Die einzelnen Elemente einer aus dem Stand der Technik bekannten Trägerstruktur werden dann mittels Schweißens aus den unterschiedlichen Halbzeugen gefertigt. Ein Fahrschemel ist bspw. aus der DE 10 2005 045 295 A1 bekannt, bei dem an Gussknoten verschiedene Längsträger miteinander verbunden sind.
  • Ein weiterer Fahrschemel für Kraftfahrzeuge ist auch aus der DE 19909945 C1 bekannt. Dieser Fahrschemel ist insbesondere für eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und besteht aus einem an einem Fahrzeugaufbau befestigten Rahmengestell, welches zwei Querträger sowie zwei Längsträger umfasst, wobei diese derart zueinander angeordnet sind, dass in einer Draufsichtdarstellung eine viereckige Ausgestaltung des Fahrschemels ausgebildet ist.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden, aufwändige Schweißtechniken zu vermeiden und schadenstolerantere Trägerstrukturen bei Ermöglichung besserer Toleranzwerte zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird gattungsgemäß im Sinne der Erfindung dadurch gelöst, dass zumindest eines der Trägerelemente in dem Verbindungselement eingegossen ist.
  • Durch die Ausfertigung der Trägerstruktur mit in dem Gussmaterial des Verbindungselementes eingegossenen Tragelementen, wird es unnötig, nachträglich mittels Schweißtechnik oder anderen Verbindungstechniken, wie etwa Schraublösungen, die Einzelelemente miteinander zu koppeln. Die Montage wird dadurch einfacher und kostengünstiger und noch weiter automatisierbar.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
  • So ist es von Vorteil, wenn zumindest eines der Trägerelemente als belastungsoptimiertes Blechprofil oder Blechbauteil ausgebildet ist, da in einem solchen Ausführungsbeispiel die Belastbarkeit der gesamten Trägerstruktur erhöht werden kann. Ferner wird die Schadenstoleranz bei der Verwendung solcher Profile noch erhöht, insbesondere da derartige Profile oder Bauteile duktiler sind und somit einer gewissen plastischen Verformung unterworfen werden können, bevor ein Ausfall eines Einzelelementes und daher in Folge der gesamten Trägerstruktur zu beklagen ist.
  • Wenn sich die Trägerelemente innerhalb des Verbindungselementes überdecken, so kann die Gesamtstabilität der Trägerstruktur noch weiter erhöht werden.
  • Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement einen Befestigungsbereich zum Fixieren der Trägerstruktur an einem separaten Bauteil aufweist. Die Trägerstruktur kann somit auf einfache Weise an einem vorbestimmten Ort im Kraftfahrzeug funktionsgerecht angeordnet werden.
  • Um die Belastbarkeit der Trägerstruktur zu erhöhen ist es in einem weiteren Ausführungsbeispiel von Vorteil, wenn sich eines der Trägerelemente bis in den Befestigungsbereich hineinerstreckt.
  • Wenn der Befestigungsbereich als vorzugsweise im Querschnitt kreisrund ausgebildete Öffnung ausgeformt ist, so kann durch Nutzung bekannter Bolzen oder Schraublösungen eine bzgl. der maximal auszusetzenden Belastung gut bestimmbare Kombination an Einzelelementen erreicht werden.
  • Um eine bessere Materialverteilung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn das Verbindungselement aus Integralguss hergestellt ist, insbesondere Einleger aufweist. Eine gleichmäßigere Struktur ist ebenfalls die Folge.
  • Um die Trägerstruktur bedarfsgerecht auslegen zu können, ist es von Vorteil, wenn in einer weiteren Ausführungsform das Blechprofil einen Abschnitt aufweist, der als Hohlprofil, als U-Profil, als L-Profil oder als Flachprofil ausgeformt ist.
  • Wenn die Trägerelemente aus Stahl oder Aluminium gefertigt sind und/oder das Verbindungselement aus Aluminium, Stahl oder Kunststoff gefertigt ist, so wird es möglich, die Trägerstruktur gleichzeitig leicht und besonders belastbar zu gestalten.
  • Ferner ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest zwei, vorzugsweise drei als SPP-Bauteile, also Strangpressprofilteile, ausgefertigte Trägerelemente mit einem optionalen weiteren Blechteil, in einem einzigen Verbindungselement vergossen sind. Als SPP-Bauteile werden auch mittels Stanzen, Prägen oder Pressen endgeformte Blechprofile umfasst.
  • Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 zeigt die Draufsicht auf eine Trägerstruktur mit vier Trägerelementen und vier Verbindungselementen, wobei die Enden von je zwei Trägerelementen innerhalb eines Verbindungselementes enden,
  • 2 einen Querschnitt durch ein Ende eines erfindungsgemäßen Trägerelementes in einer ersten Ausführungsform,
  • 3 die Querschnittsdarstellung eines Endes eines zweiten Trägerelementes eines zweiten Ausführungsbeispiels,
  • 4 eine Querschnittsansicht eines Endes eines erfindungsgemäßen Trägerelementes in einer dritten Ausführungsform,
  • 5 eine sich überlappende Anordnung zweier Trägerelemente in einem Verbindungselement in einer weiteren Ausführungsform.
  • 6 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels und
  • 7 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht.
  • Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen der Veranschaulichung der Erfindung. In allen Figuren werden für die gleichen Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • 1 zeigt eine Trägerstruktur 1. Die Trägerstruktur 1 ist in einer Draufsicht dargestellt. Die Trägerstruktur 1 weist in der dargestellten Ausführungsform in Summe vier Trägerelemente 2 auf. Die Trägerelemente sind aus Metall gefertigt und haben ein vorbestimmtes Profil. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Trägerelemente 2 aus Blech gefertigt und weisen im Querschnitt ein kreisrund ausgestaltetes Hohlprofil auf. Auch andere Querschnitte wie eine Ellipsenform, eine U-Förmigkeit, eine C-Förmigkeit, eine Doppel-T-Förmigkeit oder eine L-Förmigkeit sind möglich. Auch ist es möglich, dass das Profil als Flachblech ausgeformt ist.
  • Die Trägerelemente 2 ragen in das Innere eines Verbindungselementes 3 hinein. In 1, bzgl. des dort dargestellten Ausführungsbeispieles, sind vier Verbindungselemente 3 vorhanden und die sich in das Verbindungselement 3 hineinerstreckenden Enden der Trägerelemente 2 sind gestrichelt angedeutet. An den trägerelementefernen Enden der Verbindungselemente 3 sind Befestigungsbereiche 4 ausgebildet. Die Befestigungsbereiche 4 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als kreisrunde Öffnungen, bei Betrachtung im Querschnitt, ausgebildet. Diese Öffnungen sind entweder nachträglich hineingebohrt oder schon in der ursprünglichen Gussform der Verbindungselemente 3 vorgehalten. Alternativ ist ein solcher Befestigungsbereich 4 aber auch eckig auszugestalten, beispielsweise als quadratische Form in der ursprünglichen Gussform der Verbindungselemente 3.
  • Die Trägerelemente 2 sind in den Verbindungselementen 3 eingegossen.
  • Die Trägerelemente 2 sind aus Aluminium oder Stahl gefertigte Profile, entweder als Wand, als Abkankantteil, oder als Walzprofil. Sie können gebogen oder gerade ausgefertigt sein.
  • Die Verbindungselemente 3 sind aus Aluminium, Stahl oder Kunststoff gefertigt und sind entweder aus Vollguss oder aus Integralguss bestehend.
  • Die Trägerelemente 2 können an den Enden beschnitten, gequetscht, gelocht oder geschlossen ausgebildet sein. Dies ist in den 2, 3 und 4 dargestellt.
  • Die Trägerelemente 2 können auch ganz oder teilweise bis zu den Befestigungsbereichen, also an die Ränder der Verbindungselemente 3, im eingesetzten Zustand reichen, oder nur in einem vorderen Bereich der Verbindungselemente eingegossen sein.
  • In 5 ist das sich Überlappen von zwei Trägerelementen 2 innerhalb eines Verbindungselementes 3 dargestellt. Dabei geht der Befestigungsbereich 4 sowohl komplett durch beide Trägerelemente 2, als auch durch das Verbindungselement 3 hindurch.
  • Die Verwendung von Leichtmetallintegralschaumguss für die Verbindungselemente 3 ist von großem Vorteil, da eine höhere Belastbarkeit bei geringerem Gewicht erreicht werden kann und insbesondere durch die Nutzung von Einlegern eine homogenere Schaumstruktur erwirkt wird. Dies führte zu einer Verstärkung einer gewünschten Dämpfung und im Crash-Fall zu einer besonders guten Energieaufnahme, so dass nicht wie im Stand der Technik üblich, das Gussmaterial bei Überbelastung ohne weitere Energieaufnahme plötzlich abbricht.
  • In 5 ist die Möglichkeit dargestellt, zwei SPP-Bauteile in einem einzigen Verbindungselement 3 zu kombinieren und zusätzlich dazu ein Blechteil an dem Verbindungselement 3 angreifen zu lassen. Es besteht die Möglichkeit, mehr als nur zwei SPP-Bauteile in dem Verbindungselement 3 einzugießen.
  • In einem speziellen Ausführungsbeispiel, siehe 6, ist das Verbindungselement 3 als ein solches geometrisches Element ausgebildet, dass es eine Öffnung für eine Dämpferbeinaufnahme enthält. Ferner ist es möglich, das Verbindungselement durch ein eingelegtes Versteifungsblech, vorzugsweise in der Mitte des Verbindungselementes, zu verstärken.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005045295 A1 [0003]
    • - DE 19909945 C1 [0004]

Claims (10)

  1. Trägerstruktur (1) eines Kraftfahrzeuges, umfassend zumindest zwei Trägerelemente (2) und ein Verbindungselement (3), wobei mittels des aus Gussmaterial gefertigten Verbindungselementes (3) die Trägerelemente (2) miteinander verbunden sind und die Trägerelemente (2) kraftübertragende Bauteile, wie Integralträger, Achsträger oder Motorträger sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Trägerelemente (2) in dem Verbindungselement (3) eingegossen ist.
  2. Trägerstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Trägerelemente (2) als belastungsoptimiertes Blechprofil oder Blechbauteil ausgebildet ist.
  3. Trägerstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Trägerelemente (2) innerhalb des Verbindungselementes (3) überdecken.
  4. Trägerstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) einen Befestigungsbereich (4) zum Fixieren der Trägerstruktur (1) an einem separaten Bauteil aufweist.
  5. Trägerstruktur (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich eines der Trägerelemente (2) bis in den Befestigungsbereich (4) hineinerstreckt.
  6. Trägerstruktur (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsbereich (4) als vorzugsweise im Querschnitt kreisrund oder quadratische ausgebildete Öffnung ausgeformt ist.
  7. Trägerstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) aus Integralguss besteht, insbesondere aus Leichtmetallintegralschaumguss.
  8. Trägerstruktur (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechprofil ein Abschnitt aufweist, der als Hohlprofil, als U-Profil, als L-Profil oder als Flachprofil ausgeformt ist.
  9. Trägerstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (2) aus Stahl oder Aluminium gefertigt sind und/oder das Verbindungselement (3) aus Aluminium, Stahl oder Kunststoff gefertigt ist.
  10. Trägerstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, vorzugsweise 3 als SPP-Bauteile ausgefertigte Trägerelemente (2) mit einem optionalen weiteren Blechteil, in einem einzigen Verbindungselement (3) vergossen sind.
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