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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsstruktur für die Verbindung von Strukturbauteilen einer Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie mit mindestens einer solchen Verbindungsstruktur.
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Tragstrukturen von Fahrzeugkarosserien mit einem Skelett aus Strukturbauteilen sind allgemein bekannt. Zur Verbindung der Strukturbauteile sind Verbindungsstrukturen vorgesehen, die Knotenpunkte aufweisen, in welchen die Enden der Strukturbauteile miteinander befestigt sind. Flächige Bauteile wie das Dach oder die Windschutzscheibe werden steif mit der Tragstruktur verbunden.
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Aus der
EP 0 671 312 B1 ist eine Verbindungsstruktur für die Verbindung von Strukturbauteilen einer Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie bekannt. Die Verbindungsstruktur umfasst mindestens einen Knotenpunkt, in welchem die Enden der Strukturbauteile miteinander befestigt sind. Der Knotenpunkt ist einstückig durch Gießen hergestellt und dient zusätzlich zur Befestigung mindestens eines Bauteiles, wie beispielsweise eines Radaufhängungsarmes, einer Tür oder einer Rückwandtür des Fahrzeuges.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verbindungsstruktur für die Verbindung von Strukturbauteilen einer Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie anzugeben, welche bei einfacher Konstruktion und kostengünstiger Herstellung sowie geringem Gewicht eine erhöhte Steifigkeit aufweist.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch Bereitstellung einer Verbindungsstruktur für die Verbindung von Strukturbauteilen einer Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie gelöst, die sich gemäß Patentanspruch 1 dadurch auszeichnet, dass die Verbindungsstruktur ein Verstärkungselement zur Verstärkung des Knotenpunkts umfasst. Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch Bereitstellung einer Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie gelöst, die gemäß Patentanspruch 10 mindestens eine derartige Verbindungsstruktur aufweist.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Verbindungsstruktur für die Verbindung von Strukturbauteilen einer Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie anzugeben, welche bei einfacher Konstruktion und kostengünstiger Herstellung sowie geringem Gewicht eine erhöhte Steifigkeit aufweist, umfasst die Verbindungsstruktur erfindungsgemäß ein Verstärkungselement zur Verstärkung des Knotenpunkts. Als Strukturbauteil wird im Sinne dieser Erfindung ein Bauteil bezeichnet, das lösbar am Rohbau einer Fahrzeugkarosserie befestigt ist und den Rohbau insbesondere bezüglich den auf die Rohbaustruktur wirkenden Kräfte unterstützen kann. Als Tragstruktur wird im Sinne dieser Erfindung der Rohbau der Karosserie mit den damit verbundenen zumindest teilweise die Steifigkeit des Rohbaus unterstützenden Strukturbauteilen verstanden. In vorteilhafter Weise ist hierdurch eine konstruktiv einfache Verbesserung der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie realisierbar, über welche eine verbesserte Einleitung von Kräften in den Rohbau der Fahrzeugkarosserie und eine gleichmäßigere Verteilung dieser Kräfte in den Rohbau erfolgen kann. Die Verbindungsstruktur weist über das erfindungsgemäße Verstärkungselement eine hohe Steifigkeit auf, wodurch sich in vorteilhafter Weise eine Erhöhung der Stabilität der Karosserie ergibt. Über das Verstärkungselement können in baulich einfacher und kostengünstiger Weise Kräfte an den Rohbau weitergeleitet werden. Das erfindungsgemäße Verstärkungselement verbessert die Steifigkeit des Rohbaus des Kraftfahrzeugs, insbesondere im Bereich der Verbindungsstruktur der Tragstruktur des Fahrzeugs. Das erfindungsgemäße Verstärkungselement kann sehr leicht, aber dennoch verwindungssteif ausgeführt werden und deshalb trotz Leichtbauweise einen großen Teil von eventuell am Fahrzeug angreifenden Kräften in die Tragstruktur bzw. in den Rohbau des Fahrzeugs einleiten. Indem das Verstärkungselement erfindungsgemäß zu der Steifigkeit der Tragstruktur bzw. des Rohbaus der Fahrzeugkarosserie beiträgt, können die Anforderungen an die Steifigkeit der übrigen Strukturbauteile verringert werden. Insbesondere können die Strukturbauteile, an denen das Verstärkungselement befestigt wird, mit einer geringeren Materialstärke gefertigt werden. Auf diese Weise werden sowohl die Materialkosten als auch die Herstellungskosten der Fahrzeugkarosserie verringert. Zudem kann dadurch auch das Gesamtgewicht der Karosserie verringert werden, wodurch der Energiebedarf zum Betreiben des Fahrzeugs sinkt.
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In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur umfasst das Verstärkungselement ein Gussbauteil. In vorteilhafter Weise ergibt sich hierdurch bei minimalem Gewichtseinsatz eine große Gestaltungsfreiheit bei der Konstruktion und im Fertigungsprozess des Verstärkungselements. Die Ausführung des Verstärkungselements als Gussbauteil ermöglicht die Integration von mehreren einzelnen Bauteilen zu einer integralen Bauteileinheit. Durch die Bauteilsteifigkeit des Gussteils können angrenzende Strukturbauteile in ihrer Wandstärke reduziert werden.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur ist das Gussbauteil aus Leichtmetall hergestellt. In vorteilhafter Weise kann dadurch das Gewicht des erfindungsgemäßen Verstärkungselements reduziert werden. Trotz der Leichtbauweise ist das erfindungsgemäße Verstärkungselement dennoch verwindungssteif ausgeführt und kann deshalb einen großen Teil von eventuell am Fahrzeug angreifenden Kräften in die Tragstruktur bzw. in den Rohbau des Fahrzeugs einleiten. Das Gussbauteil kann beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt werden und dennoch ein Strukturbauteil mit hoher Steifigkeit bilden.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur ist das Verstärkungselement über eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung mit den Strukturbauteilen der Tragstruktur verbunden. Vorzugsweise ist das Verstärkungselement über eine Nietverbindung mit den Strukturbauteilen der Tragstruktur verbunden. Indem das Verstärkungselement erfindungsgemäß zu der Steifigkeit der Tragstruktur bzw. des Rohbaus der Fahrzeugkarosserie beiträgt, können die Anforderungen an die Steifigkeit der übrigen Strukturbauteile verringert werden. Insbesondere können die Strukturbauteile, an denen das Verstärkungselement befestigt wird, mit einer geringeren Materialstärke gefertigt werden. Auf diese Weise werden sowohl die Materialkosten als auch die Herstellungskosten verringert. Zudem kann dadurch auch das Gesamtgewicht der Karosserie verringert werden, wodurch der Energiebedarf zum Betreiben des Fahrzeugs sinkt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die einfache Konstruktion des Verstärkungselementes, durch welche es einfach an der Tragstruktur bzw. am Rohbau der Fahrzeugkarosserie angebracht und somit auch einfach ausgetauscht werden kann. Dadurch kann auf einfache Weise sowohl der Austausch eines beschädigten Verstärkungselementes als auch eine Nachrüstung einer bestehenden Tragstruktur durchgeführt werden. Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen auf einfache Weise eine biegesteife Ausführung der Verbindungsstruktur und somit der Tragstruktur der Fahrzeugkarosserie. Zusammenfassend bedeutet dies, dass das Verstärkungselement so mit den Strukturbauteilen verbunden wird, dass die Steifigkeit des Verstärkungselements die Steifigkeit der Strukturbauteile bzw. der Tragstruktur unterstützt. Die Strukturbauteile können somit weicher und leichter dimensioniert werden. Die Steifigkeit des Gesamtfahrzeuges bleibt bei verringertem Gesamtgewicht in vorteilhafter Weise erhalten.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur ist das Verstärkungselement derart an dem Knotenpunkt angeordnet, dass die Steifigkeit in den kraftbeanspruchten Bereichen des Knotenpunktes erhöht ist. Hierdurch wird erreicht, dass der Knotenpunkt bei einem Aufprall nicht absorbierte Aufprallenergie und/oder im Fahrbetrieb in die Fahrzeugkarosserie eingeleitete Kräfte und Schwingungen besser aufnehmen und/oder besser in den Rohbau weiterleiten kann. In vorteilhafter Weise wird durch die erfindungsgemäße Anordnung des Verstärkungselementes an dem Knotenpunkt der Tragstruktur eine Verbesserung der Krafteinleitung in den Rohbau erzielt.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur ist das Verstärkungselement mit unterschiedlicher Materialstärke ausgeführt. Im Betrieb des Fahrzeugs ist die Verbindungsstruktur unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt, und zwar insbesondere Zug- und Druckbelastungen, jedoch auch Biegebelastungen. Um diesen örtlich unterschiedlichen Belastungsfällen bzw. Funktionen, die im Verstärkungselement auftreten, konstruktiv gerecht zu werden, kann die Materialstärke des Verstärkungselements in vorteilhafter Weise regional variiert und an die jeweilige Belastung bzw. Funktion angepasst werden. Dadurch entfallen unnötige Materialanhäufungen bzw. das Gewicht des Verstärkungselements kann deutlich reduziert werden. Ebenfalls können zusätzliche separate Verstärkungsbleche eingespart werden. Durch die Variation der Materialstärke werden kritische Stellen des Verstärkungselements des Knotenpunkts daher gezielt und materialsparend verstärkt. Zusammenfassend ergibt sich eine Funktionsverbesserung des Knotenpunktes bei reduziertem Gewicht durch eine optimale lastpfadgerechte Materialausnutzung.
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Eine bevorzugte Realisierung der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur sieht vor, dass die Materialstärke in den kraftbeanspruchten Bereichen des Verstärkungselementes erhöht ist. Eine besonders vorteilhafte Realisierung der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur sieht vor, dass das Verstärkungselement mindestens eine Rippe aufweist. Hierdurch lässt sich eine noch bessere Aufnahme der von im Fahrbetrieb in die Fahrzeugkarosserie eingeleiteten Kräfte und Schwingungen erzielen. Über das Verstärkungselement kann ein zusätzlicher Kraftpfad bereitgestellt werden, über welchen in die Tragstruktur eingeleitete Kräfte und Schwingungen von dem gesamten Rohbau der Fahrzeugkarosserie abgefangen werden können. Insbesondere kann die Materialstärke des Verstärkungselementes in optimaler Weise an die Kraftverläufe innerhalb der Verstärkungselementes angepasst werden. In vorteilhafter Weise ist die Materialstärke in den kraftbeanspruchten Bereichen des Verstärkungselementes erhöht, um etwa ein Ausknicken des Verstärkungselementes zu verhindern und um die Standzeit des Verstärkungselementes und damit der Tragstruktur der Fahrzeugkarosserie zu verlängern.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur weist das Verstärkungselement zumindest eine Einrichtung zur Anbindung von mindestens einem Bauteil der Fahrzeugkarosserie auf. In vorteilhafter Weise sind auf einfache und kostengünstige Weise Anbindungspunkte für Bauteile realisierbar, die beispielsweise eine Zusatzausstattung betreffen. Das Versteifungselement kann in vorteilhafter Weise montagetechnische Einrichtungen zur Anbindung von Bauteilen aufweisen, wie beispielsweise Gewindedome, Bohrungen, Langlöcher usw. Dadurch erfüllt das Verstärkungselement in vorteilhafter Weise zwei Funktionen, nämlich die Verstärkung des Knotenpunkts einer Tragstruktur und somit die Erhöhung der Steifigkeit einer Fahrzeugkarosserie und eine Möglichkeit zur Anbindung von Bauteilen des Fahrzeugs, wie beispielsweise einer Heckklappe.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer aus Strukturbauteilen bestehende Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie mit einer für die Verbindung der Strukturbauteile vorgesehenen Verbindungsstruktur, die einen Knotenpunkt und ein erfindungsgemäßes Verstärkungselement zur Verstärkung des Knotenpunktes aufweist,
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2 eine schematische perspektivische Seitenansicht eines Ausschnitts einer die Strukturbauteile aufweisenden Fahrzeugkarosserie im Bereich des Hinterwagens,
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3 eine schematische perspektivische Rückansicht eines Ausschnitts der Fahrzeugkarosserie aus 2 mit dem erfindungsgemäßen Verstärkungselement,
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4 eine schematische perspektivische Rückansicht des Ausschnitts der Fahrzeugkarosserie aus 3 mit den Strukturbauteilen und dem Verstärkungselement in einer Explosionsdarstellung,
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5 eine perspektivischen Darstellung des erfindungsgemäßen Verstärkungselements in einem in die Tragstruktur eingebauten Zustand, und
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6 das erfindungsgemäße Verstärkungselement mit Einrichtungen zur Anbindung von mindestens einem Bauteil der Fahrzeugkarosserie.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer aus Strukturbauteilen 10.1 bis 10.3 bestehenden Tragstruktur 10 einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs, von der in 1 ein Bereich eines Hinterwagens der Fahrzeugkarosserie mit einer D-Säule 10.1, einem Dachrahmen 10.2 und einem Dachquerträger 10.3 erkennbar ist.
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In 1 ist eine Verbindungsstruktur für die Verbindung der Strukturbauteile 10.1 bis 10.3 der Tragstruktur 10 der Fahrzeugkarosserie dargestellt, die zumindest einen Knotenpunkt 12 aufweist, in welchem die Enden der Strukturbauteile 10.1 bis 10.3 miteinander befestigt sind. Selbstverständlich kann es sich bei dem Knotenpunkt um jeden beliebigen Knotenpunkt in einer Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie und bei den Strukturbauteilen um beliebige Strukturbauteile einer Tragstruktur einer Fahrzeugkarosserie handeln. Vorzugsweise sind die Strukturbauteile 10.1 bis 10.3 im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Blechschalenbauweise ausgeführt.
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2 bis 4 zeigen einen Ausschnitt der vorzugsweise als Blechschalenkarosserie ausgeführten Fahrzeugkarosserie im Bereich des Hinterwagens der Fahrzeugkarosserie mit der erfindungsgemäßen Verbindungsstruktur für die Verbindung der Strukturbauteile 10.1 bis 10.3 der Tragstruktur 10 der Fahrzeugkarosserie. In 2 bis 4 ist der Knotenpunkt 12 der Verbindungsstruktur dargestellt, in welchem die Enden der Strukturbauteile 10.1 bis 10.3 miteinander befestigt sind. Die Strukturbauteile 10.1 bis 10.3 können hierbei jeweils aus mehreren Einzelbauteilen bestehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen beispielsweise die D-Säule 10.1 ein Säulenaußenbauteil 10.1a sowie ein Säuleninnenbauteil 10.1b und der Dachquerträger 10.3 ein Trägeraußenbauteil 10.3a und ein Trägerinnenbauteil 10.3b.
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Um eine Verbindungsstruktur für die Verbindung von Strukturbauteilen 10.1 bis 110.3 einer Tragstruktur 10 einer Fahrzeugkarosserie anzugeben, welche bei einfacher Konstruktion und kostengünstiger Herstellung sowie geringem Gewicht eine erhöhte Steifigkeit aufweist, umfasst die Verbindungsstruktur erfindungsgemäß ein Verstärkungselement 14 zur Verstärkung des Knotenpunkts 12.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Verstärkungselement ein Gussbauteil 14, das vorzugsweise aus Leichtmetall hergestellt ist. Besonders bevorzugt kommen hierbei Aluminium oder eine Aluminiumlegierung zum Einsatz.
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Das als Gussbauteil ausgeführte Verstärkungselement 14 ist mit den Strukturbauteilen 10.1 bis 10.3 vorzugsweise über einen Formschluss 16 und/oder einen Kraftschluss und/oder einen Stoffschluss verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung des Verstärkungselementes 14 mit den vorzugsweise bereits miteinander verbundenen Strukturbauteilen 10.1 bis 10.3 der Tragstruktur 10 der Fahrzeugkarosserie gemäß 5 vorzugsweise über Nietverbindungen 16. Das Verstärkungselement 14 ist derart an dem Knotenpunkt 12 angeordnet, dass die Steifigkeit in den kraftbeanspruchten Bereichen des Knotenpunktes 12 erhöht ist.
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Wie in den 5 und 6 dargestellt, weist das Verstärkungselement 14 vorzugsweise zumindest eine Einrichtung 20.1 bis 20.4 zur Anbindung von mindestens einem Bauteil der Fahrzeugkarosserie auf. Bevorzugt ist die zumindest eine Einrichtung 20.1 bis 20.4 mindestens teilweise einstückig mit dem Verstärkungselement 14 ausgeführt. Bei dem vorliegenden als Gussteil ausgeführten Verstärkungselement 14 sind die Einrichtungen 20.1 bis 20.4 zumindest teilweise an das Verstärkungselement 14 angeformt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Einrichtung beispielsweise einen Gewindedom, eine Bohrung 20.1 bis 20.4 und/oder ein Langloch. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Einrichtungen 20.1 bis 20.4 vorgesehen, wobei die erste Einrichtung 20.1 zur Anbindung eines Antriebs einer Heckklappe, die zweite Einrichtung 20.2 zur Anbindung eines Heckklappenscharniers und der zugehörigen, hier nicht dargestellten Heckklappe, die dritte Einrichtung 20.3 zur Anbindung einer Laderaumschiene und die vierte Einrichtung 20.4 zur Anbindung einer Trennnetzöse und eines zugehörigen Trennnetzes dienen.
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Um den örtlich unterschiedlichen Belastungsfällen bzw. Funktionen, die im Verstärkungselement 14 auftreten, konstruktiv gerecht zu werden, kann das Verstärkungselement 14 mit unterschiedlicher Materialstärke ausgeführt sein. Zur Anpassung an die jeweilige Belastung bzw. Funktion wird die Materialstärke regional variiert. Die Materialstärke ist besonders bevorzugt in den kraftbeanspruchten Bereichen des Verstärkungselementes 14, insbesondere im Bereich der Anbindung der hier nicht dargestellten Heckklappe, erhöht. Die Anbindung einer Heckklappe an die Tragstruktur 10 der Fahrzeugkarosserie erfordert insbesondere am Anbindungspunkt eine hohe Bauteilsteifigkeit, da das Gewicht der Heckklappe, insbesondere beim Öffnen und Schließen lokal dort angreift.
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Um die Steifigkeit des Verstärkungselementes 14 und somit der Verbindungsstruktur zu erhöhen, weist das Verstärkungselement 14 mindestens eine Rippe 18.1 bis 18.7 auf. Wie in 6 dargestellt, umfasst das Verstärkungselement 14 im vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Rippen 18.1 bis 18.7, die an mindestens einer den Strukturbauteilen 10.1 bis 10.3 zugewandten Fläche des Verstärkungselementes 14 angeordnet sind. Selbstverständlich sind auch andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausführungsformen und Anordnungen der Rippen 18.1 bis 18.7 denkbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Tragstruktur
- 10.1
- Strukturbauteil (D-Säule)
- 10.1a
- Säulenaußenbauteil
- 10.1b
- Säuleninnenbauteil
- 10.2
- Strukturbauteil (Dachrahmen)
- 10.3
- Strukturbauteil (Dachquerträger)
- 10.3a
- Trägeraußenbauteil
- 10.3b
- Trägerinnenbauteil
- 12
- Knotenpunkt
- 14
- Verstärkungselement
- 16
- Verbindung (Niet-)
- 18.1–18.7
- Rippe
- 20.1
- Einrichtung zur Anbindung (eines Antriebs)
- 20.2
- Einrichtung zur Anbindung (eines Scharniers)
- 20.3
- Einrichtung zur Anbindung (einer Schiene)
- 20.4
- Einrichtung zur Anbindung (einer Öse)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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