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Die Erfindung betrifft ein Querträgerelement für eine Karosseriestruktur eines Personenkraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Querträgerelement ist aus der
DE 10 2006 014 979 A1 bekannt. Diese offenbart eine Tragstruktur für ein Kraftfahrzeug mit einem gegossenen Längsträgerelement, das zumindest abschnittsweise als offenes Profil ausgebildet ist und das außerdem jeweils endseitig einen ersten Verbindungsabschnitt für die Befestigung eines Längsträgers und einen zweiten Verbindungsabschnitt für die Befestigung eines Schwellers der Tragstruktur aufweist. Die Tragstruktur umfasst ein das offene Profil des Längsträgerelements zumindest abschnittsweise verschließendes Schließelement.
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Dabei ist vorgesehen, dass der zweite Verbindungsabschnitt als Fortsatz des offenen Profils ausgeführt ist. Der Fortsatz bildet zusammen mit dem Schließelement einen Quertragabschnitt, der quer zur Längserstreckung des Längsträgerelements ausgerichtet ist. An dem Querträgerabschnitt ist sowohl der Schweller als auch ein vom Schweller weg gerichtetes Querträgerelement befestigt. Das Querträgerelement umfasst ein Querträgerteil mit einem Trägerbereich. Durch den Trägerbereich ist ein Mitteltunnel der Tragstruktur teilweise gebildet.
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Die
DE 24 35 545 A1 offenbart ein unteres Randkantenpaar eines ein Triebwerkteil aufnehmenden, in der Bodenmitte eines Personenkraftwagens angeordneten, in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Tunnels, bei dem im Bereich jeder unteren Tunnelrandkante ein aus dem Boden- bzw. Tunnelblech einerseits und aus einem vorzugsweise dickeren Verstärkungsblech andererseits gebildeter, geschlossener Hohlträger mit je einem bezogen auf die Fahrtrichtung wenigstens annähernd geradlinig und parallel zur Bodenebene verlaufenden Außenlinienwandabschnitt am Verstärkungsblech vorgesehen ist. Ferner ist vorgesehen, dass an den Parallelflanschen der beiden Tunnelrandversteifungen wenigstens eine an sich bekannte, die offene Tunnelseite überspannende und Triebwerksteile abstützende Traverse an unterschiedlichen Längspositionen anschraubbar ist. Ferner sind an verschiedenen Längspositionen der Parallelflanschen Anschraublöcher und den Anschraublöchern zugeordnete Einführöffnungen für bewegliche Anschraubmuttern im Verstärkungsblech vorgesehen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Querträgerelement der eingangs genannten Art für eine Karosseriestruktur eines Personenkraftwagens bereitzustellen, welcher besonders kostengünstig herstellbar ist und vorteilhafte mechanische Eigenschaften aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Querträgerelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein solches Querträgerelement für eine Karosseriestruktur eines Personenkraftwagens umfasst zumindest ein Querträgerteil. Das zumindest eine Querträgerteil weist einen Trägerbereich auf, durch welchen ein Tunnelelement, insbesondere ein Mitteltunnel, für die Karosseriestruktur zumindest teilweise gebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist das Querträgerteil als Massivumformteil ausgebildet. Dadurch weist das Querträgerteil sehr gute und im Vergleich zu Gussbauteilen bessere mechanische Eigenschaften auf. Darüber hinaus kann das Querträgerteil im Rahmen eines Massivumformverfahrens, mittels welchem das Querträgerteil hergestellt ist bzw. wird, besonders kostengünstig hergestellt werden. Im Vergleich zur Herstellung von Gussbauteilen im Rahmen eines Gießverfahrens können Lunker und/oder anderweitige Fehlbildungen vermieden werden. Dies hält den Zeit- und Kostenaufwand zur Durchführung von Bauteilkontrollen nach der Herstellung sowie zur Durchführung von etwaigen Nacharbeiten gering. Zur Darstellung besonders vorteilhafter mechanischer Eigenschaften des Querträgerelements kann dieses nach dem Massivumformverfahren wenigstens einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
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Des Weiteren ist es mittels des Massivumformverfahrens möglich, unterschiedliche Wanddicken und/oder Querschnitte, insbesondere Querschnittsflächen, des Querträgerteils auf zeit- und kostengünstige Weise herzustellen. Die unterschiedlichen Wanddicken und/oder Querschnitte, insbesondere Querschnittsflächen, können dabei zumindest im Wesentlichen kontinuierlich ineinander übergehen.
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Dadurch ist eine bedarfsgerechte und an auftretende Belastungen angepasste Herstellung des Querträgerteils möglich. Auf diese Weise können Lastpfade bedarfsgerecht eingestellt werden, über welche beispielsweise unfallbedingte Lasten aufgenommen und weitergeleitet werden können. Die Kraftpfade ermöglichen vorteilhafte Kraftverläufe, so dass dadurch das Vorsehen eines Materialmix unterstützt und ermöglicht werden kann. Dies führt zu einer material- und gewichtssparendes Ausgestaltung des Querträgerelements, woraus in einem weiteren Aspekt vorteilhafte Bauraum- bzw. Packageverhältnisse einer Baugruppe mit dem Querträgerelement resultieren.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Querträgerteil einstückig ausgebildet. Dies hält die Teileanzahl und damit die Kosten des Querträgerelements gering. Dabei kann lediglich das wenigstens eine Querträgerteil vorgesehen sein, so dass das Querträgerelement einstückig bzw. einteilig ausgebildet ist.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Querträgerteil wenigstens zweistückig bzw. zweiteilig ausgebildet ist. Dazu umfasst das Querträgerelement beispielsweise wenigstens zwei jeweils einstückige Querträgerteile, welche miteinander verbunden sind. Ebenso kann vorgesehen sein, dass wenigstens eines der mehreren Querträgerteile des Querträgerelements mehrstückig ausgebildet ist. Dabei ist das mehrstückige Querträgerteil z. B. in Schalenbauweise ausgebildet und umfasst ein oder wenigstens zwei Schalenelemente, welche über jeweilige Fügflansche miteinander verbunden sind. Das Querträgerelement weist somit einen modularen Aufbau auf bzw. unterstützt eine Modulstrategie.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in das Querträgerteil wenigstens ein Knotenelement integriert, über welches das Querträgerelement an einer Fahrzeugsäule, insbesondere einer A-Säule, der Karosseriestruktur und/oder an wenigstens ein weiteres Trägerelement des Personenkraftwagens, insbesondere der Karosseriestruktur, anbindbar ist. Durch die Struktur des Querträgerteils und dessen Ausbildung als Massivumformteil mit der Integration des Knotenelements, über welches das wenigstens eine weitere Trägerelement am Querträgerelement aufgenommen werden kann, ist eine einfache und steife Struktur des Querträgerelements gebildet, welche ein geringes Gewicht sowie eine hohe Funktionsintegration aufweist. Es können auch mehrere solcher Knotenelemente in das Querträgerteil integriert sein.
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Bei dem wenigstens einen weiteren Trägerelement handelt es sich beispielsweise um ein Längsträgerelement, insbesondere eines Fahrzeugbodens der Karosseriestruktur, oder um ein anderweitiges Querträgerelement. Das Knotenelement kann insbesondere zur Aufnahme wenigstens eines Längsträgerelements und eines Seitenschwellers der Karosseriestruktur dienen.
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Das Knotenelement kann dabei einstückig mit dem Querträgerteil oder separat von diesem ausgebildet sein. Infolge der Integration des Knotenelements oder der Knotenelemente in das Querträgerteil ist es möglich, einfache, stoffschlüssige und/oder kraftschlüssige Fügetechniken wie beispielsweise Kleben und/oder Schrauben zu verwenden, um das wenigstens eine weitere Trägerelement über das Knotenelement am erfindungsgemäßen Querträgerelement anzubinden. Alternativ oder zusätzlich ist eine formschlüssige Verbindung des wenigstens einen weiteren Trägerelements über das Knotenelement am erfindungsgemäßen Querträgerelement möglich.
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Die Integration des Knotenelements oder der Knotenelemente in das Querträgerelement ermöglicht es auch, die Anzahl an Fügestellen bedarfsgerecht auszulegen und besonders gering zu halten, die Fügestellen unkomplex auszugestalten sowie einen Wärmeeintrag in das Querträgerelement infolge von thermischen Fügevorgängen in einem geringen Rahmen zu halten. Gleichzeitig kann die Anzahl an sowie Aufwendungen für Fertigungseinrichtungen im Karosseriebau gering gehalten werden.
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Vorzugsweise weist das Querträgerelement, insbesondere das Querträgerteil, wenigstens ein Verbindungsmittel, insbesondere eine Aufnahme, auf, über welches ein Getriebequerträgerelement des Personenkraftwagens an dem Querträgerelement anbindbar ist. Das Verbindungsmittel kann beispielsweise durch das Knotenelement gebildet sein. Dadurch ist es möglich, auch das Getriebequerträgerelement an dem erfindungsgemäßen Querträgerelement anzubinden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist das Querträgerelement, insbesondere das Querträgerteil, wenigstens einen Fügflansch auf, über welchen das Querträgerelement mit wenigstens einem Beplankungselement, insbesondere des Fahrzeugbodens und/oder einer Stirnwand, des Personenkraftwagens verbindbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein weiterer Fügflansch vorgesehen sein, über welchen ein weiteres Beplankungselement für die Karosseriestruktur an dem Querträgerelement anbindbar ist. Vorzugsweise sind die Beplankungselemente als Hybridbauteile, zum Beispiel als Stahlblech, Aluminiumblech, aus Kunststoff und/oder aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet. Dadurch können die Beplankungselemente hinsichtlich ihres Gewichts besonders leicht und gleichzeitig besonders steif hergestellt werden, insbesondere da sie keine tragenden Funktionen übernehmen.
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Das erfindungsgemäße Querträgerelement weist somit stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig integrierte Anbindungspunkte bzw. Anbindungselemente in Form des Knotenelements und/oder des Verbindungsmittels auf, welche zur Darstellung einer vorteilhaften Funktionserfüllung sowie zur Darstellung von Lastrichtungen, in welchen insbesondere unfallbedingte Lasten aufgenommen und abgeleitet werden können, entsprechend ausgerichtet sind.
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Das Querträgerelement ermöglicht die Darstellung der Tragstruktur mit daran anschließender bzw. angebundener Beplankung aus unterschiedlichen Werkstoffen bzw. Materialien wie Metall und/oder Kunststoff und unterstützt die Realisierung der Modulstrategie, durch welche die Tragstruktur besonders kostengünstig herstellbar ist.
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Infolge der Herstellung des Querträgerteils durch das werkzeuggebundene Massivumformverfahren insbesondere mit voneinander unterschiedlichen Querschnitten an bedarfsorientierten Stellen kann des Querträgerteil zeit- und kostengünstig und mit einem nur geringen Gewicht ausgebildet werden, so dass vorgebbare Anforderungen an das Querträgerelement erfüllt werden können.
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Auch das Verbindungsmittel und/oder das Knotenelement und somit die Anbindungspunkte können durch das Massivumformverfahren bzw. durch ein Massivumformverfahren hergestellt sein.
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Das Querträgerteil kann zumindest bereichsweise einen Hohlquerschnitt aufweisen. Der Hohlquerschnitt kann in Umfangsrichtung des Querträgerteils offen sein. Dies hält das Gewicht des Querträgerteils gering bei gleichzeitiger Realisierung einer hohen Steifigkeit. In dem Hohlquerschnitt kann wenigstens ein Schottelement, insbesondere ein Schottblech, angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend können Sickenstrukturen zur Aussteifung vorgesehen sein. Dies führt zu einer sehr hohen Steifigkeit und Festigkeit des Querträgerelements, insbesondere in Ergänzung mit dem Wärmebehandlungsverfahren. Das Schottblech kann dabei bedarfs- und funktionsorientiert in dem Hohlquerschnitt angeschmiedet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Querträgerteil mittels wenigstens eines Verstärkungselements verstärkt sein.
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Um das Gewicht des Querträgerelements besonders gering zu halten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Querträgerteil zumindest im Wesentlichen aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, gebildet ist. Somit ist das Querträgerteil in Leichtbauweise hergestellt, woraus ein sehr geringes Gewicht der Karosseriestruktur resultiert. Alternativ oder zusätzlich können Einlegeteile, sogenannte Inlays, an Knotenstellen, insbesondere an den Stellen des Knotenelements bzw. der Knotenelemente, des Querträgerelements vorgesehen, Insbesondere eingeschmiedet, sein. Der Personenkraftwagen kann somit mit einem nur geringen Energiebedarf angetrieben werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. 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 Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Perspektivansicht eines Querträgerelements für eine Karosseriestruktur eines Personenkraftwagens;
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2 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer Anordnung des Querträgerelements gemäß 1 an der Karosseriestruktur des Personenkraftwagens.
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3 eine schematische Perspektivansicht eines Schalenelements eines Ausführungsform des Querträgerelements;
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4 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer weitere Ausführungsform der Anordnung des Querträgerelements an der Karosseriestruktur des Personenkraftwagens gemäß 2; und
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5 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform der Anordnung gemäß 4.
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Die 1 zeigt ein Querträgerelement 10 für eine Karosseriestruktur 12 (2) eines Personenkraftwagens. Vorliegend umfasst das Querträgerelement 10, welches sich bezogen auf seinen an der Karosseriestruktur 12 angeordneten Zustand zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckt, ein erstes Querträgerteil 14 sowie ein zweites Querträgerteil 16. Die Querträgerteile 14, 16 sind an einer Verbindungsstelle 18 über jeweilige Verbindungsflächen 20 miteinander verbindbar bzw. unter Ausbildung des Querträgerelements 10 miteinander verbunden. Im noch nicht miteinander verbundenen Zustand ermöglicht die Verbindungsstelle 18 einen Toleranzausgleich, da die Querträgerteile 14, 16 – wie in der 1 durch Richtungspfeile angedeutet ist – in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung), in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) und in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) relativ zueinander bewegt werden können. Das Querträgerelement 10 weist somit einen integrierten Toleranzausgleich auf, mittels welchem insbesondere fertigungsbedingte Toleranzen ausgeglichen werden können.
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Die Querträgerteile 14, 16 sind jeweils als Massivumformteile im Rahmen eines Massivumformverfahrens kostengünstig hergestellt und weisen ein nur sehr geringes Gewicht sowie sehr gute mechanische Eigenschaften auf. Die Querträgerteile 14, 16 sind vorzugsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminiumknetlegierungen, gebildet.
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In der 1 sind ferner Kraftpfeile F1, F2 und F3 dargestellt, welche Hauptkraftverlaufskurven von während des Betriebs des Personenkraftwagens und/oder bei unfallbedingten Kraftbeaufschlagungen auftretenden Lasten, die auf das Querträgerelement 10 wirken, andeuten.
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Das Querträgerelement 10 weist einen ersten Trägerbereich 22 auf, durch welchen ein Mitteltunnel 23 für die Karosseriestruktur 12 teilweise gebildet ist. Vorliegend ist der erste Trägerbereich 22 des Querträgerelements 10 teilweise durch einen ersten Trägerteilbereich 24 des ersten Querträgerteils 14 sowie teilweise durch einen zweiten Trägerteilbereich 26 des zweiten Querträgerteils 16 gebildet.
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In Haupterstreckungsrichtung des Querträgerelements 10, welche mit der Fahrzeugquerrichtung korrespondiert, schließt sich an den ersten Trägerteilbereich 24 nach außen ein zweiter Trägerbereich 28 des Querträgerelements 10 an, welcher durch einen dritten Trägerteilbereich des ersten Querträgerteils 14 gebildet ist.
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An den zweiten Trägerteilbereich 26 schließt sich in Haupterstreckungsrichtung des Querträgerelements 10 und damit in Fahrzeugquerrichtung nach außen ein dritter Trägerbereich 30 an, welcher durch einen vierten Trägerteilbereich des zweiten Querträgerteils 16 gebildet ist.
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Die Querträgerteile 14, 16 können jeweils einstückig ausgebildet sein. Alternativ ist es möglich, dass wenigstens eines der Querträgerteile 14, 16 oder die Querträgerteile 14, 16 jeweils mehrstückig, insbesondere in Schalenbauweise, ausgebildet sind und jeweils wenigstens zwei Schalenelemente umfassen, welche über jeweilige Fügflansche miteinander verbunden sind. Ein jeweiliges, in Fahrzeuglängsrichtung vorderes der Schalenelemente der Querträgerteile 14, 16 wird dabei als Außenschale bezeichnet, während das in Fahrzeuglängsrichtung dahinter angeordnete, jeweilige Schalenelement der Querträgerteile 14, 16 als Innenschale bezeichnet wird.
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Die Querträgerteile 14, 16 können jeweils wenigstens zwei voneinander unterschiedliche Querschnitte in unterschiedlicher Form und/oder Dimension aufweisen. Dies bedeutet, dass sich die unterschiedlichen Querschnitte insbesondere hinsichtlich ihrer Querschnittsflächenausführungen voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten weisen die Querträgerteile 14, 16 jeweils wenigstens einen ersten Teilbereich mit einem ersten Querschnitt bzw. einer ersten Querschnittsfläche auf. Ferner weisen die Querträgerteile 14, 16 jeweils wenigstens einen zweiten, sich in Haupterstreckungsrichtung des Querträgerelements 10 an den ersten Teilbereich anschließenden Teilbereich mit einem zweiten Querschnitt bzw. einer zweiten Querschnittsfläche auf. Dabei ist der erste Querschnitt bzw. die erste Querschnittsfläche von dem zweiten Querschnitt bzw. der zweiten Querschnittsfläche unterschiedlich ausgebildet. Dadurch kann das Querträgerelement 10 mit einem geringen Gewicht und funktions- und belastungsorientiert ausgebildet werden.
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In die Querträgerteile 14, 16 ist jeweils ein eine Knotenstruktur aufweisendes Knotenelement 32 integriert. Wie der 2 zu entnehmen ist, sind die Knotenelemente 32, von welchen in der 2 lediglich eines der Knotenelemente 32 erkennbar ist, in in Fahrzeugquerrichtung seitlichen Bereichen des Querträgerelements 10 angeordnet. Über die Knotenelemente 32 ist das Querträgerelement 10 an seitlichen A-Säulen 34 der Karosseriestruktur 12 angebunden. Über die Knotenelemente 32 sind auch jeweilige Seitenschweller 40 der Karosseriestruktur 12 am Querträgerelement 10 angebunden. Ferner können jeweilige Längsträgerelemente der Karosseriestruktur 12 über die Knotenelemente 32 am Querträgerelement 10 angebunden sein.
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In der 2 ist auch eine Stirnwand 36 sowie ein Bodenelement 38 eines Hauptbodens der Karosseriestruktur 12 erkennbar. Die Stirnwand 36 und das Bodenelement 38 sind dabei jeweils als Hybridbauteil aus wenigstens zwei voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet. Die Querträgerteile 14, 16 weisen nun jeweils wenigstens einen Fügflansch auf, über welchen das Querträgerelement 10 mit dem Bodenelement 38 und mit der Stirnwand 36 verbunden ist.
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Das Querträgerelement 10 weist auch jeweilige, in die Querträgerteile 14, 16 integrierte Aufnahmen 42 beispielsweise für einen Getriebequerträger 44 auf. Der Getriebequerträger 44 dient zur Halterung eines Getriebes des Personenkraftwagens und kann auf einfache Weise an dem Querträgerelement 10 angebunden werden. Die Aufnahmen 42 können beispielsweise auch zur Halterung von Tankeinrichtungen von Brennstoffzellenfahrzeugen ausgebildet sein.
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Die 3 zeigt ein Schalenelement 45 für das gemäß 3 in Schalenbauweise ausgebildete und bezogen auf die Einbaulage des Querträgerelements 10 in Vorwärtsfahrtrichtung linke Querträgerteil 16. Das Schalenelement 45 weist eine Fügfläche 46 auf, über die das Schalenelement 45 und damit das Querträgerteil 16 mit dem rechten Querträgerteil 14 zu verbinden ist. Der 3 ist auch ein Fügflansch 48 des Schalenelements 45 zu entnehmen, über welche das Querträgerteil 16 an die Stirnwand 36 über eine Flanschverbindung anbindbar ist. Das Schalenelement 45 weist eine Rippen- und/oder Sickenstruktur 50 zur Aussteifung des Schalenelements 45 auf.
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Die 4 zeigt eine mögliche Anbindung des in der 4 lediglich teilweise dargestellten Querträgerelements 10 an den Seitenschweller 40 und das Bodenelement 38 sowie den Getriebequerträger 44. Dabei ist eine erste Flanschverbindung 52 zwischen dem Querträgerelement 10 und dem Seitenschweller 40 sowie eine zweite Flanschverbindung 54 zwischen dem Querträgerelement 10 und dem Bodenelement 38 zu erkennen. Über einen Fügflansch 49 des Querträgerelements 10 kann dieser an die Stirnwand 36 angebunden werden.
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Die 5 zeigt eine Anbindungsmöglichkeit des Schalenelements 45 gemäß 3 an den Seitenschweller 40 über die erste Flanschverbindung 52. Ferner ist ein Fügflansch 56 vorgesehen, über welchen das Schalenelement 45 an die Stirnwand 36 anbindbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006014979 A1 [0002]
- DE 2435545 A1 [0004]
