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Die
Erfindung betrifft eine Trägerstruktur,
insbesondere für
ein Frontendmodul, eines Kraftwagens gemäß Patentanspruch 1 sowie ein
Verfahren zur Montage einer solchen Trägerstruktur gemäß Patentanspruch
5.
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Aus
dem Serienkraftwagenbau sind Frontendmodule bekannt, die sowohl
einen Stoßfängerquerträger als
auch beispielsweise als Kühlerbrücken ausgebildete
Querträgerteile
umfassen. Diese sind dabei in Fahrzeughochrichtung übereinander angeordnet
und miteinander verbunden, wobei die bekannten Frontendmodule weiteres
Potential zur Verbesserung ihrer Steifigkeit sowie zur Darstellung eines
einfacheren Toleranzausgleichs aufweisen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Trägerstruktur,
insbesondere für
ein Frontendmodul, eines Kraftwagens sowie ein Verfahren zur Montage
einer solchen Trägerstruktur
bereitzustellen, welche eine verbesserte Steifigkeit sowie einen
verbesserten Toleranzausgleich ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Trägerstruktur
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren
zur Montage einer Trägerstruktur mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Eine
erfindungsgemäße Trägerstruktur,
insbesondere für
ein Frontendmodul, eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, umfasst
ein oberes Querträgerteil
und zumindest ein in Fahrzeughochrichtung unterhalb des oberen Querträgerteils
angeordnetes unteres Querträgerteil,
wobei die beiden Querträgerteile über eine
Strebenanordnung verbunden sind, und wobei eines der Querträgerteile
zum Toleranzausgleich verstellbar mit der Strebenanordnung über wenigstens
eine Verbindungseinrichtung verbunden ist, welche zumindest eine
im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung verlaufende Montagerichtung
aufweist.
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Durch
die Verbindung der Querträgerteile über die
Strebenanordnung ist eine hohe Steifigkeit der Trägerstruktur
geschaffen, was der Gesamtsteifigkeit des Frontmoduls zugute kommt.
Diese verbesserte Steifigkeit wirkt sich dabei positiv sowohl auf das
Unfallverhalten des Kraftwagens als auch auf dessen Fahreigenschaften
aus.
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Dadurch,
dass eines der Querträgerteile
zum Toleranzausgleich verstellbar mit der Strebenanordnung verbunden
ist, ist die beschriebene, hohe Steifigkeit der Trägerstruktur
kombiniert mit einem verbesserten, einfachen und damit zeit- und
kostengünstigen
Toleranzausgleichsprozess, welcher zusätzliche Toleranzausgleichseinrichtungen
beziehungsweise Toleranzausgleichsschritte obsolet werden lässt.
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Die
im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung verlaufende Montagerichtung
der Verbindungseinrichtung birgt den Vorteil, dass dadurch die Strebenanordnung
mit dem korrespondierenden Querträgerteil besonders zeit- und
damit kostengünstig
verbindbar ist, da die Verbindungseinrichtung sehr gut zugänglich ist.
Wird die Strebenanordnung mit dem korrespondierenden Querträgerteil
beispielsweise von einer Person verbunden, so erlaubt die in Fahrzeughochrichtung
verlaufende Montagerichtung eine besonders ergonomisch günstige Ausbildung
dieser Verbindung. Auch wenn die Verbindung der Strebenanordnung
mit dem Querträgerteil
durch einen Roboter durchgeführt
wird, ist die Verbindung schnell und kostengünstig auszubilden, da sich
ein Bewegungsumfang des Roboters in einem geringen Rahmen hält.
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Die
Strebenanordnung umfasst beispielsweise zwei schräg, insbesondere
zumindest im Wesentlichen quer zueinander verlaufende Streben, die einenends
mit dem oberen und andernends mit dem unteren Querträgerteil
verbunden sind.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, dass beispielsweise das untere Querträgerteil
als Biegequerträger
beziehungsweise als Stoßfängerquerträger ausgebildet
ist, der im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der
Trägerstruktur,
insbesondere bei einem Frontalaufprall des Kraftwagens, die resultierenden
Kräfte
aufnimmt und in in Fahrzeuglängsrichtung
hinter der Trägerstruktur
angeordnete Strukturteile einleitet. Diese Krafteinleitung kann dabei
beispielsweise derart geschehen, dass die Trägerstruktur über zwei
Längsträger des
Kraftwagens mit dem Rohbau desselbigen verbunden ist, wodurch somit
die Kräfte
von dem unteren Querträgerteil
auf die Längsträger abfließen können.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weist die Strebenanordnung zumindest zwei Streben
auf, welche einerseits über
ein erstes, einer der Streben zugeordnetes sowie über ein
zweites, der anderen der Streben zugeordnetes Befestigungsmittel
mit einem der Querträgerteile
und andererseits über
ein den Streben gemeinsames Befestigungsmittel mit dem anderen der
Querträgerteile
verbunden sind. Insgesamt sind also drei Befestigungsmittel vorgesehen,
wobei zwei dieser Befestigungsmittel einerseits der Streben jeweils
einer Strebe zugeordnet sind und das dritte Befestigungsmittel den beiden
Streben andererseits gemeinsam ist. Verlaufen die Streben, wie bereits
angedeutet, beispielsweise diagonal zueinander, so bedeutet dies,
dass dadurch die beiden Streben mit drei Befestigungsmitteln, beispielsweise
Schrauben und entsprechenden, in den Querträgerteilen vorgesehenen Gewindebohrungen,
mit den Querträgerteilen
verbunden sind, was die Teileanzahl der Trägerstruktur und damit die Kosten
und das Gewicht derselbigen in einem geringen Rahmen hält. Des
Weiteren ist dadurch eine im Wesentlichen dreieckige Form der Strebenanordnung
geschaffen, die eine hohe Steifigkeit aufweist, was der Gesamtsteifigkeit
der Trägerstruktur
zugute kommt.
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Vorteilhafterweise
ist die Strebenanordnung über
zumindest ein Langloch mit dem oberen und/oder mit dem unteren Querträgerteil
verbunden, wodurch ein Toleranzausgleich beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung
und/oder in Fahrzeugquerrichtung auf einfache Art und Weise geschaffen
ist. Ein weiterer Toleranzausgleich in Fahrzeughochrichtung ist
dabei beispielsweise mittels einer Hohlschraube darstellbar, über welche
die Strebenanordnung mit dem oberen und/oder mit dem unteren Querträgerteil
verbunden ist.
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Die
Strebenanordnung kann dabei auch mit dem der Querträgerteile,
welches nicht zum Toleranzausgleich verstellbar mit der Strebenanordnung über die
wenigstens eine Verbindungseinrichtung verbunden ist, über eine
Verbindungseinrichtung verbunden sein, welche ebenso eine im Wesentlichen
in Fahrzeughochrichtung verlaufende Montagerichtung aufweist. Dieses
Querträgerteil
kann allerdings ebenso über
eine Verbindungseinrichtung mit der Strebenanordnung verbunden sein,
welche eine im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Montagerichtung
aufweist.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage
einer Trägerstruktur,
insbesondere für
ein Frontendmodul, und insbesondere einer Trägerstruktur gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung, an einer Karosserie eines Kraftwagens, insbesondere
eines Personenkraftwagens, wobei die Trägerstruktur ein oberes Querträgerteil
und zumindest ein in Fahrzeughochrichtung unterhalb des oberen Querträgerteils
angeordnetes unteres Querträgerteil
umfasst, welche über
eine Strebenanordnung verbunden sind, wobei nach dem Befestigen
eines der Querträgerteile
an der Karosserie das andere Querträgerteil zum Toleranzausgleich
relativ zu der Strebenanordnung verstellt und anschließend über wenigstens
eine eine im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung verlaufende Montagerichtung
aufweisende Verbindungseinrichtung verbunden wird. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als vorteilhafte
Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung und umgekehrt
anzusehen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
es somit, zunächst
die Trägerstruktur
an der Karosserie zu befestigen beziehungsweise vorzufixieren, worauf
ein Toleranzausgleich eines der Querträgerteile in Folge der relativen
Verstellung zu der Strebenanordnung durchgeführt wird.
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Diese
relative Verstellung ist dabei beispielsweise derart ermöglicht,
dass die Strebenanordnung einerseits mit einem der Querträgerteile
fest verbunden und andererseits lediglich mit dem anderen der Querträgerteile
vorfixiert wird, wobei das Querträgerteil relativ zur Strebenanordnung
und damit relativ zum anderen Querträgerteil sowie zu der Karosserie noch
bewegbar ist.
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Diese
Vorfixierung ist beispielsweise in Zusammenhang mit der oben erwähnten Verbindung der
Strebenanordnung mit einem der Querträgerteile über eine Schraube und eine
Gewindebohrung derart möglich,
dass die entsprechende Schraube zunächst nicht fest angezogen wird
zur Darstellung eines Montageendzustands der Trägerstruktur, sondern lediglich
lose in die entsprechende Gewindebohrung eingebracht wird, wodurch
ein Toleranzausgleich des entsprechenden Querträgerteils, beispielsweise über ein
entsprechendes Langloch, darstellbar ist. Somit ist das entsprechende
Querträgerteil
relativ zur Strebenanordnung bewegbar. Nach erfolgtem Toleranzausgleich
wird die zunächst
vorfixierte und lose Schraube dann angezogen und die Strebenanordnung
auch andererseits fest mit dem entsprechenden Querträgerteil
verbunden, wodurch der Endmontagezustand der Trägerstruktur an sich sowie deren
Befestigung an der Karosserie inklusive Toleranzausgleich abgeschlossen
ist. Gleichzeitig ist eine hohe Steifigkeit der Trägerstruktur
infolge der Verbindung der Querträgerteile über die Strebenanordnung dargestellt.
Die Verbindung des Querträgerteils,
welches relativ zu der Strebenanordnung verstellt wird, mit der Strebenanordnung
erfolgt dabei zeit- und damit kostengünstig in Fahrzeughochrichtung,
was somit die Kosten für
das Verfahren sowie für
die gesamte Trägerstruktur
in einem geringen Rahmen hält.
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Die
erfindungsgemäße Trägerstruktur
sowie das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglichen
somit die Darstellung einer vormontierten Trägerstruktur beziehungsweise
eines gesamten, vormontierten Frontendmoduls, bei welchem kein Bauteil
mehr nachmontiert werden muss.
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Die
erfindungsgemäße Trägerstruktur
erlaubt somit eine Darstellung eines aufgerüsteten Frontendmoduls mit zusätzlicher
Aussteifung, welches gefügt
und verschraubt werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Trägerstruktur
sowie das erfindungsgemäße Verfahren
wirken sich auch positiv auf ein Geräuschverhalten (Noise Vibration Harshness – NVH) sowie
auf eine schnelle Montage der Trägerstruktur
aus. Dies bedeutet ebenso eine positive Beeinflussung der Maßzahl für die Montagefähigkeit
der erfindungsgemäßen Trägerstruktur
(Engineering Hours Per Vehicle – EHPV).
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Die
erfindungsgemäße Trägerstruktur
ist insbesondere in Zusammenhang mit Frontendmodulen insbesondere
für als
Cabriolets und/oder als Coupés ausgebildete
Kraftwagen vorteilhaft einsetzbar, da beispielsweise bei einem Cabriolet
der Entfall des Daches zusätzliche
Versteifungsmaßnahmen
erfordert, was durch die erfindungsgemäße Trägerstruktur ohne Weiteres möglich ist.
Bei einem Coupe mit solidem und festem Dach bewirkt die erfindungsgemäße Trägerstruktur
eine weitere Versteifung der Karosserie, was zu der bereits beschrieben
Verbesserung des Fahrverhaltens führt, womit insbesondere sportlich
betonte Coupé-Fahrzeuge
assoziiert werden.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele
sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung
genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend
in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine
gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der
jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Die
Zeichnungen zeigen in:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trägerstruktur;
und
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2 eine
perspektivische Ansicht einer zu der Ausführungsform gemäß 1 alternativen
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Trägerstruktur.
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Die 1 zeigt
eine Trägerstruktur 10 für ein Frontendmodul
eines Personenkraftwagens. Die Trägerstruktur 10 weist
einen oberen Querträgerteil 12 auf,
der als Kühlerbrücke fungiert
und zur Aufnahme des Kühlers
sowie weiterer Komponenten bereichsweise von einem Kunststoff 14 umgeben
ist. Diese Umgebung ist dabei beispielsweise derart ausgebildet,
dass das obere Querträgerteil 12 mit
dem Kunststoff 14 umspritzt ist.
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Des
Weiteren umfasst die Trägerstruktur 10 eine
in Fahrzeughochrichtung gemäß einem
Richtungspfeil 22 unterhalb des oberen Querträgerteils angeordnetes
Querträgerteil 16,
welches als Biegequerträger
eines Stoßfängers des
Personenkraftwagens fungiert. Das Querträgerteil 16 nimmt dabei Kräfte infolge
einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, insbesondere im Falle
eines Frontalaufpralls des Personenkraftwagens in Fahrzeuglängsrichtung gemäß einem
Richtungspfeil 18, auf und leitet diese an in Fahrzeuglängsrichtung
hinter der Trägerstruktur 10 angeordnete
Strukturteile, wie beispielsweise Längsträgern des Personenkraftwagens,
ab.
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Die
Querträgerteile 12 und 16 sind
dabei über
eine Strebenanordnung 20 verbunden, die zwei diagonal zueinander
verlaufende Streben 24 und 26 umfasst.
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Die
Streben 24 und 26 sind einerseits über ein
erstes, der Strebe 24 zugeordnetes Befestigungsmittel 28 sowie über ein
zweites, der Strebe 26 zugeordnetes Befestigungsmittel 30 mit
dem unteren Querträgerteil 16 verbunden.
Die Befestigungsmittel 28 und 30 sind dabei als
Schrauben mit jeweils einem korrespondierenden Schraubgewinde ausgebildet, wobei
das Schraubgewinde beispielsweise in dem Querträgerteil 16 eingebracht
ist. Zu den Schrauben korrespondierende Kontermuttern sind ebenso
möglich.
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Andererseits
sind die Streben 24 und 26 über ein den Streben 24 und 26 gemeinsames
Befestigungsmittel 32 einer Verbindungseinrichtung 31 mit dem
Querträgerteil 12 verbunden,
wobei das Befestigungsmittel 32 ebenso als Schraube mit
einem korrespondierenden Gewindeloch ausgebildet ist. Die Verbindungseinrichtung 31 weist
dabei eine im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung gemäß dem Richtungspfeil 22 verlaufende
Montagerichtung auf. Das bedeutet also, dass das Befestigungsmittel 32 in Form
der Schraube in Fahrzeughochrichtung von oben befestigbar ist, was
eine zeit- und kostengünstige
Montage erlaubt.
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Das
Querträgerteil 12 ist
dabei zum Toleranzausgleich verstellbar mit der Strebenanordnung 20 über die
Verbindungseinrichtung 31 verbunden. Dazu wird beispielsweise
während
der Montage des Personenkraftwagens in der Vormontage die Strebenanordnung 20 fest
mit dem Querträgerteil 16 verbunden,
was durch Anziehen der Schrauben und damit durch Herstellen eines
Endmontagezustands der Strebenanordnung 20 mit dem Querträgerteil 16 erfolgt,
während
die Schraube des Befestigungsmittels 32 zunächst nur
in das entsprechende Gewindeloch eingebracht allerdings nicht festgezogen
wird und nur lose in dem Gewindeloch des Befestigungsmittels 32 zur
Vorfixierung der Strebenanordnung 20 an dem Querträgerteil 12 verbleibt.
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Anschließend erfolgt
eine Befestigung der Trägerstruktur 10 beziehungsweise
des Frontendmoduls an einer Karosserie des Personenkraftwagens, woraufhin
das Querträgerteil 12 relativ
zur Strebenanordnung 20 und damit relativ zur Karosserie
sowie relativ zum Querträgerteil 16 ausgerichtet
wird, wodurch der erwähnte
Toleranzausgleich geschieht.
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Nach
der Befestigung der Trägerstruktur 10 sowie
der Ausrichtung des Querträgerteils 12 und
damit der Ausrichtung der gesamten Trägerstruktur 10 relativ
zur Karosserie wird die Schraube des Befestigungsmittels 32 festgeschraubt
und damit in ihren Endmontagezustand verbracht, wodurch die Strebenanordnung 20 auch
mit dem Querträgerteil 12 fest
verbunden wird.
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Der
Toleranzausgleich in Fahrzeugquerrichtung gemäß einem Richtungspfeil 34 sowie
in Fahrzeuglängsrichtung
gemäß dem Richtungspfeil 18 kann
dabei beispielsweise mittels Langlöcher geschehen, wobei ein jeweiliges
Langloch der entsprechenden Strebe 24 beziehungsweise 26 vorgesehen ist, über welches
die Strebe 24 beziehungsweise 26 mit dem Querträgerteil 12 verbunden
ist.
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Ein
entsprechender Toleranzausgleich in Fahrzeughochrichtung gemäß dem Richtungspfeil 22 ist
dabei beispielsweise mittels einer Hohlschraube darstellbar, die
als Schraube des Befestigungsmittels 32 vorgesehen sein
kann.
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In
Anschluss an die Befestigung der Trägerstruktur 10 beziehungsweise
des Frontendmoduls und die beziehungsweise dessen Ausrichtung sowie die
endgültige
Befestigung der Strebenanordnung 20 an beiden Querträgerteilen 12 und 16 erfolgt
eine Nachmontage eines Kühlers
und/oder eines Kühlergrills
an dem als Kühlerbrücke fungierenden
Querträgerteil 12.
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Wie
der 1 zu entnehmen ist, muss dabei lediglich eine
Nachschraubung in Form des Festziehens der Schraube des Befestigungsmittels 32 erfolgen,
was den Toleranzausgleichsprozess zeit- und damit kostengünstig gestaltet.
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Die 2 zeigt
die Trägerstruktur 10,
wobei nun die Strebenanordnung 20 über die Befestigungsmittel 28 und 30 der
Verbindungseinrichtung 31 am Querträgerteil 12 und über das
Befestigungsmittel 32 am Querträgerteil 16 befestigt
ist. Wie schon in Zusammenhang mit der 1 erwähnt, weist
die Verbindungseinrichtung 31 nun zwei im Wesentlichen
in Fahrzeughochrichtung gemäß dem Richtungspfeil 22 verlaufende
Montagerichtungen auf, was bedeutet, dass also die Befestigungsmittel 28 und 30 jeweils
in Fahrzeughochrichtung von oben montierbar beziehungsweise befestigbar
sind.
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In
der in Zusammenhang mit 1 erwähnten Vormontage wird nun die
Strebenanordnung 20 über
die entsprechende Schraube des Befestigungsmittels 32 fest
mit dem Querträgerteil 16 verbunden, woraufhin
die Befestigung der Trägerstruktur 10 beziehungsweise
des Frontendmoduls an der Karosserie des Personenkraftwagens erfolgt.
Auch die Verbindung der Strebenanordnung 20 mit dem Querträgerteil 16 kann
dabei analog zur Verbindungseinrichtung 31 ebenso in Fahrzeughochrichtung
gemäß dem Richtungspfeil 22 erfolgen.
Dies trifft auch auf die Verbindung des Querträgerteils 16 mit der
Strebenanordnung 20 gemäß 1 zu.
Diese Verbindung beziehungsweise diese Verbindungen können allerdings
ebenso im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung gemäß dem Richtungspfeil 18 ausgebildet
werden.
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Dabei
werden in diesem Falle die Schrauben der Befestigungsmittel 28 und 30 lediglich
in das entsprechende Gewindeloch eingebracht und nicht festgezogen,
wodurch die Vorfixierung der Strebenanordnung 20 am Querträgerteil 12 dargestellt
ist. Somit ist das Querträgerteil 12 nach
wie vor zum Toleranzausgleich relativ zu der Strebenanordnung 20 beziehungsweise
an dem Querträgerteil 16 beziehungsweise
der Karosserie des Personenkraftwagens verstellbar.
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An
die Befestigung der Trägerstruktur 10 an der
Karosserie sowie die feste Verbindung der Strebenanordnung 20 mit
dem Querträgerteil 16 und
die Vorfixierung der Strebenanordnung 20 an dem Querträgerteil 12 schließen sich
die bereits in Zusammenhang mit 1 beschriebenen
Schritte an, bei welchen das Querträgerteil 12 beispielsweise über Langlöcher ausgerichtet
und ein Toleranzausgleich in Fahrzeugquerrichtung und in Fahrzeuglängsrichtung und
gegebenenfalls in Fahrzeughochrichtung durchgeführt wird. Nach dem geschehenen
Toleranzausgleich wird die Strebenanordnung 20 auch mit
dem Querträgerteil 12 über die
Befestigungsmittel 28 und 30 durch Anziehen der
entsprechenden Schrauben fest verbunden, woraufhin der Kühler beziehungsweise
der Kühlergrill
an dem Querträgerteil 12 montiert
wird.