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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Unterbau für ein Kraftfahrzeug mit Leiterstruktur. Leitergerüst als Träger für die Beplankung einer Kraftfahrzeugkarosserie sind seit über 100 Jahren bekannt. Auch moderne selbsttragende PKW-Karosserien weisen häufig einen Unterbau mit Längs- und Querträgern auf, die, auch wenn sie nur noch einen Teil der an einem Kraftfahrzeug auftretenden statischen Kräfte aufnehmen müssen, als ein Leitergerüst aufgefasst werden können.
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Ein solcher Unterbau ist aus
US 6 540 286 B2 bekannt. Er umfasst zwei Längsträger, die sich über die gesamte Länge des Fahrzeugs erstrecken und untereinander durch mehrere Querträger in Form von zylindrischen Rohren von konstantem Querschnitt verbunden sind. Einige dieser Querträger stoßen stumpf gegen einander gegenüberliegende Seitenflanken der Längsträger, andere ragen seitwärts über die Längsträger hinaus und sind deshalb auf diesen aufliegend befestigt. Die geringe Größe der Kontaktfläche zwischen den einander berührenden bzw. überkreuzenden Längs- und Querträgern erschwert die Herstellung einer torsionsbelastbaren Verbindung.
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Im Falle des stumpf an die Längsträger anstoßenden Querträgers hängt die Torsionsbelastbarkeit von den Querschnittsabmessungen des letzteren ab. Eine hohe Belastbarkeit erfordert hohe Abmessungen, diese wiederum führen jedoch zu einem hohen Gewicht des Querträgers. Ein hohes Gewicht führt wiederum zu einem hohen Kraftstoffverbrauch.
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Es besteht daher Bedarf nach einem Kraftfahrzeug-Unterbau, der eine hohe Belastbarkeit bei geringem Gewicht erreicht, und dabei rationell fertigbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Unterbau für ein Kraftfahrzeug mit einem Längs- und Querträger aufweisenden Leitergerüst die Längs- und Querträger jeweils eine obere Schale und eine untere Schale umfassen, wobei die oberen Schalen zu einer oberen Leiter und die unteren Schalen zu einer unteren Leiter untereinander verbunden sind. Diese Bauweise erlaubt es, die oberen und unteren Schalen der Längs- und Querträger zunächst getrennt voneinander, insbesondere aus Flachmaterial, zu formen. Da die Schalen noch keine Hohlräume aufweisen, sind die Stellen, die mit einander verbunden werden müssen, um die Schalen zur oberen bzw. unteren Leiter zu verbinden, gut zugänglich und erlauben den Einsatz von rationellen und belastbare Verbindungen liefernden Verbindungstechniken. Darüber hinaus ergibt sich dadurch, dass insbesondere die Querträger aus zwei Schalen zusammengefügt werden, die Möglichkeit, anders als etwa bei Verwendung von extrudierten Querträgern, die Querschnittsabmessungen der vollständigen Querträger über deren Länge hinweg zu modulieren und so bei minimalem Materialeinsatz die Belastbarkeit der Querträger an über ihre Länge hinweg veränderliche Biegebeanspruchungen anzupassen.
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Zweckmäßig unter den Gesichtspunkten der Statik und Gewichtsoptimierung ist insbesondere, wenn die Querträger an ihren an den Längsträgern angreifenden Enden größere Querschnittsabmessungen aufweisen als in einem mittleren Bereich.
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Eine solche Modulation der Querschnittsabmessungen kann zweckmäßigerweise dadurch erreicht werden, dass eine obere Flanke der Querträgers konkav gekrümmt ist, während eine untere Flanke im Wesentlichen geradlinig verlaufen kann. So kann der Eingriff des Querträgers in eine darüberliegende Fahrgastzelle oder einen Laderaum minimiert werden.
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Vorzugsweise weist die obere Schale wenigstens eines der Querträger an zwei Enden überstehende Zungen auf, die jeweils an einer Oberseite eines der Längsträger befestigt sind, und die untere Schale desselben Querträgers kann an zwei Enden überstehende Zungen aufweisen, die jeweils an einer Unterseite der Längsträger befestigt sind. Indem beim Zusammenfügen der Leitern auch die obere und die untere Schale dieses Querträgers miteinander verbunden werden, wird ein Querträger erhalten, dessen Befestigungspunkte an jedem Längsträger den größtmöglichen Abstand voneinander haben, so dass eine hoch belastbare Verbindung zwischen Längs- und Querträgern erhalten wird.
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Die Verbindung von Längs- und Querträgern kann zusätzlich dadurch verbessert werden, dass an den Enden der oberen und unteren Schalen des Querträgers Flansche abgewinkelt sind, die an einander zugewandten Flanken der Längsträger befestigt sind.
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Ein Bodenblech sollte wenigstens eine Öffnung des Leitergerüsts ausfüllen. Wenn die Zahl der Querträger groß genug ist, um mehrere Öffnungen zu bilden, dann können diese jeweils einzeln mit passenden Bodenblechen ausgefüllt sein. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, unterschiedliche Modelle von Bodenblechen an verschiedenen Öffnungen miteinander zu kombinieren und so eine große Vielzahl von Modellvarianten eines Kraftfahrzeugs aus einer kleinen Zahl unterschiedlicher Einzelteile zu montieren.
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Die oberen und unteren Schalen jedes an die wenigstens eine Öffnung angrenzenden Querträgers und/oder jedes an die wenigstens eine Öffnung angrenzenden Längsträgers weisen vorzugsweise an ihren Längsrändern Längsflansche auf, die einander berühren und aneinander befestigt sind, um die oberen und unteren Schalen zu einem hohlen Quer- oder Längsträger zu verbinden.
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Die miteinander verbundenen Längsflansche der Längs- und/oder Querträger können zweckmäßigerweise eine in die Öffnung hinein vorspringende Befestigungsfläche für das die Öffnung ausfüllende Bodenblech bilden.
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Wenn die Längsflansche an Längs- und Querträgern vorhanden sind, können sie einen sich rings um die Öffnung erstreckenden Rahmen bilden, der eine hoch belastbare Befestigung des Bodenblechs ermöglicht.
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Vorzugsweise sind die Längsflansche auf halber Höhe der Längs- oder Querträger angeordnet, von denen sie abstehen.
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Das Bodenblech (oder, im Falle mehrerer Öffnungen, die Bodenbleche) kann/können in verschiedenen Varianten vorliegen, um unterschiedliche Fahrzeugmodelle fertigen zu können. So kann das Bodenblech etwa eine nach oben offene Mulde aufweisen, um das nutzbare Volumen einer Fahrgastzelle oder eines Laderaums oberhalb des Bodenblechs zu maximieren.
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Eine solche Mulde kann beispielsweise bemessen und geformt sein, um darin ein Reserverad unterzubringen.
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Auch ein Sitzpolster kann in die Mulde eingreifen. So kann die Dicke der Polsterschicht vergrößert werden, was insbesondere ein bequemes Sitzen beim Fahren auf unebener Fahrbahn ermöglicht.
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Umgekehrt kann das Bodenblech auch einen nach unten offenen Hohlraum aufweisen. Ein solcher Hohlraum kann genutzt werden, um darin, außerhalb der Fahrgastzelle bzw. des Laderaums, einen Tank unterzubringen. Die dadurch erreichte Vergrößerung des für einen Tank verfügbaren Volumens ist insbesondere bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb oder einem Fahrzeug, das einen Treibstoff mit relativ geringer Energiedichte wie etwa Druckgas verwendet, wertvoll.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
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1 eine obere Leiter eines erfindungsgemäßen Unterbaus;
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2 eine untere Leiter des Unterbaus, gesehen von der Unterseite;
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3 eine erste Verbindung zwischen oberen Schalen von Längs- und Querträgern;
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4 eine zweite Verbindung von oberen Schalen;
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5 eine obere und eine untere Leiter vor dem Zusammenfügen zu einem Leitergerüst;
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6 das fertig zusammengefügte Leitergerüst;
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7 einen Längsschnitt durch das Leitergerüst der 6;
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8 einen Detailquerschnitt des Leitergerüsts aus 6 in Höhe eines vorderen Querträgers;
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9 einen Detailquerschnitt in Höhe eines mittleren Querträgers;
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10 einen Detailquerschnitt in Höhe eines hinteren Querträgers;
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11 das Leitergerüst der 6 zusammen mit einem ersten Satz von Bodenblechen; und
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12 das Leitergerüst mit einem zweiten Satz von Bodenblechen.
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1 zeigt eine obere Leiter 11 des erfindungsgemäßen Unterbaus in einer perspektivischen Ansicht schräg von oben. Drei obere Schalen 12, 13, 14 von (in 6 ff mit 2, 3 bzw. 4 bezeichneten) Querträgern sind an oberen Schalen 15, 16 von rechten und linken Längsträgern (in 6 ff mit 5 bzw. 6 bezeichnet) verschweißt. Die Schale 12 erstreckt sich im fertig zusammengebauten Fahrzeug unter der Vorderkante einer hinteren Sitzreihe. Die Schale 13 verläuft etwa entlang der Grenze zwischen einer Fahrgastzelle und einem Laderaum des Fahrzeugs, und die Schale 14 bildet einen hinteren Abschluss des Laderaums.
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2 zeigt eine untere Leiter 21 in einer perspektivischen Ansicht schräg von unten. Untere Querträgerschalen 22, 23, 24 sind zwischen Längsträgerschalen 25, 26 so positioniert, dass beim Zusammenfügen der Leitern 11, 21 sich jeweils eine obere und eine untere Schale 12, 13, 14, 15, 16 bzw. 22, 23, 24, 25, 26 zu einem Quer- oder Längsträger 2, 3, 4, 5 bzw. 6 ergänzen.
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Während die oberen Schalen 12 bis 16 sowie die unteren Schalen 22, 23, 24 der Querträger jeweils aus einlagigen Blechen zugeschnitten und dreidimensional geformt, z. B. tiefgezogen, sind, sind die unteren Schalen 25, 26 der Längsträger auf einem Teil ihrer Länge zweilagig ausgebildet, wobei eine untere Lage 27 knapp hinter der mittleren Querträgerschale 23 an einer Kante 28 endet und eine obere Lage 29 sich unmittelbar bis zum Heck des Fahrzeugs und der Schale 24 erstreckt.
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Wie in 1 zu erkennen, haben die oberen Schalen 15, 16 der Längsträger 5, 6 jeweils einen L-ähnlichen Querschnitt mit einer der Fahrzeugmitte zugewandten steilen Flanke 30 und einer im Querschnitt im Wesentlichen horizontalen Flanke 31. An den von einander abgewandten Rändern der Flanken 30, 31 sind schmale Längsflansche 32, 33 abgewinkelt, die vorgesehen sind, um mit den unteren Schalen 25 bzw. 26 verschweißt zu werden, um so vollständige Längsträger zu bilden.
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Die unteren Schalen 25, 26 umfassen, wie insbesondere an ihren rückwärtigen Enden in 2 zu erkennen, jeweils eine horizontale Flanke 34 und beiderseits daran anschließende innere und äußere vertikale Flanken 35, 36. Die inneren vertikalen Flanken 35 sind etwa halb so hoch wie die äußeren 36 und tragen einen Längsflansch 37, auf dem beim Zusammenfügen der Leitern 11, 21 der Längsflansch 32 zu liegen kommt. Der Längsflansch 33 berührt dann einen oberen Rand der äußeren vertikalen Flanke 36.
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3 zeigt in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht Teile der Schalen 13, 16. Die Schale 13 hat einen hutförmigen Querschnitt mit einem umgekehrt U-förmigen Mittelstück 38 und beiderseits daran angrenzenden Längsflanschen 39. Während das Mittelstück 38 in einem zentralen Bereich der Schale 13 nur ungefähr halb so hoch ist wie die seitlich angrenzende Schale 16, ist es an seinen Enden so weit hochgezogen, dass eine an einem Ende des Mittelstücks 38 überstehende Zunge 40 auf der horizontalen Flanke 31 der Schale 16 aufliegt und dort z. B. durch Punktschweißungen 41 befestigt ist. An die Zunge 40 schließen beiderseits Flansche 42 an, die sich an die steile Flanke 30 der Schale 16 anschmiegen und dort ebenfalls punktverschweißt sind.
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Einen ähnlichen Aufbau der Verbindung zwischen der oberen Schale 16 des Längsträgers und der oberen Schale 14 des hintersten Querträgers zeigt 4. Wie die Schale 16 hat auch die Schale 14 einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt mit einer horizontalen Flanke 43, die von der Mitte zu den seitlichen Enden der Schale 14 hin ansteigt, um in eine auf der horizontalen Flanke 31 aufliegende und an ihr punktverschweißte Zunge 40 auszulaufen. Ein von einer vertikalen Flanke 44 der Schale 14 abgewinkelter Flansch 45 ist an der steilen Flanke 30 punktverschweißt. Ein horizontal von der Flanke 44 abgewinkelter Längsflansch 46 bildet mit den angrenzenden Längsflanschen 32 der Schalen 15, 16 und dem gegenüberliegenden hinteren Längsflansch 39 der Schale 13 einen umlaufenden Rahmen rings um eine hintere Gerüstöffnung 47. Eine vordere Gerüstöffnung 48 (siehe 1) ist entsprechend von den Längsflanschen 32 der Schalen 15, 16, dem vorderen Längsflansch 39 der Schale 13 und einem Längsflansch der Schale 12 eingefasst.
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In zu den 3 und 4 analoger, hier nicht im Detail dargestellter Weise sind die Schalen 22 bis 26 der unteren Leiter 21 miteinander verbunden.
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5 zeigt die beiden Leitern 11, 21 in getrenntem Zustand übereinander, in 6 sind die Leitern 11, 21 zu einem vollständigen Leitergerüst 1 zusammengefügt, und die Längsflansche der sich paarweise gegenüberliegenden Schalen 12–16 bzw. 22–26 sind miteinander dort, wo sie zum Verschweißen zugänglich sind, paarweise miteinander verschweißt.
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7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die auf diese Weise gebildeten Querträger 2, 3, 4. Bei den zwei vorderen Querträgern 2, 3 ergänzen die Schalen 12, 22 bzw. 13, 23 einander zu Hohlprofilen; die Schalen 14, 24 bilden ein nach hinten offenes U-Profil, das erst in einem späteren Montageschritt durch die Anbringung einer Karosserie-Rückwand geschlossen wird.
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8 zeigt einen schematischen Schnitt in Fahrzeugquerrichtung durch den Längsträger 6 und ein daran befestigtes Endstück des vorderen Querträgers 2. Zu erkennen ist der Aufbau der unteren Schale 26 aus Lagen 27, 29. Die einander berührenden Längsflansche 32 der oberen Schale 16 und 37 der unteren Schale 26 sind, wenn die Leitern 11, 21 zusammengefügt werden, auf einem Teil ihrer Länge im Innern des Querträgers 2 eingeschlossen und sind dort für Schweißwerkzeuge nicht erreichbar. Daher ist zwischen den Längsflanschen 32, 37 innerhalb des Querträgers 12 eine Klebeverbindung vorgesehen, deren Klebstoff 50 vor dem Zusammenfügen der Leitern 11, 21 an einem der Längsflansche 32, 37 platziert wird.
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9 zeigt einen zu 8 analogen Schnitt in Höhe des mittleren Querträgers 3. Auch hier sind die Längsflansche 32, 37 zwischen den Schalen 13, 23 des Querträgers eingeschlossen und miteinander verklebt. Der doppellagige Aufbau der unteren Schale 26 erleichtert auch hier die Ausbildung von Stützflächen, von denen eine während des Zusammenbaus der unteren Leiter 21 die Schale 24 trägt und die andere den die obere Leiter 1 stützenden Längsflansch 37 bildet.
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Wie oben mit Bezug auf 2 erläutert, endet die untere Lage 27 zwischen mittlerem und hinterem Querträger 3, 4 an der Kante 28, so dass am hinteren Querträger 4, in Höhe des in 10 gezeigten Schnitts, die untere Schale 26 nur noch aus deren oberer Lage 29 besteht. Die untere Schale 24 des hinteren Querträgers 4 ist deshalb von unten gegen eine horizontale Flanke der unteren Längsträgerschale 26 geschweißt. Die Verbindung zwischen den Längsflanschen 32, 37 kann an dieser Stelle, wie in Höhe der anderen Querträger 2, 3, geklebt sein; da der hintere Querträger 4 nach hinten offen ist, wie in 7 gezeigt, besteht hier auch die Möglichkeit, ein Schweißwerkzeug über die offene Rückseite des Querträgers einzuführen und die Längsflansche 32, 37 zu verschweißen.
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11 zeigt die miteinander zum Leitergerüst 1 verbunden Leitern 11, 21 sowie, oberhalb der beiden Gerüstöffnungen 47, 48, zwei zur Montage in den Gerüstöffnungen 47, 48 vorgesehene Bodenbleche 51, 52. Die Bodenbleche 51, 52 sind jeweils geformt und bemessen, um mit ihren umlaufenden Rändern auf den die Gerüstöffnungen 47, 48 umgebenden Längsflanschen zu Liegen zu kommen und an diesen verschweißt zu werden.
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Das hintere Bodenblech 51 ist durch zwei Querschienen 53 versteift, die an ihren Enden Schraublaschen 54 zur Befestigung an den Längsträgern 5, 6 aufweisen und vorgesehen sind, um daran die Sitze einer dritten Sitzreihe zu befestigen.
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Das wannenförmig eingetiefte vordere Bodenblech 52 ist vorgesehen, um Polster einer zweiten Sitzreihe aufzunehmen.
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12 zeigt, wiederum in Verbindung mit dem Leitergerüst 1, zwei alternative Bodenbleche 55, 56. Das hintere Bodenblech 55 weist eine kreisrunde Mulde 57 auf, die vorgesehen ist, um ein Reserverad aufzunehmen. Das Bodenblech 56 hingegen ist nach oben gewölbt, um darunter, außerhalb der Fahrgastzelle, Platz für die Unterbringung eines Tanks, insbesondere für Druckgas oder dergleichen, eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder dergleichen unterzubringen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leitergerüst
- 2
- Querträger
- 3
- Querträger
- 4
- Querträger
- 5
- Längsträger
- 6
- Längsträger
- 11
- obere Leiter
- 12
- obere Schale des Querträgers
- 13
- obere Schale des Querträgers
- 14
- obere Schale des Querträgers
- 15
- obere Schale des Längsträgers
- 16
- obere Schale des Längsträgers
- 21
- untere Leiter
- 22
- untere Schale des Querträgers
- 23
- untere Schale des Querträgers
- 24
- untere Schale des Querträgers
- 25
- untere Schale des Längsträgers
- 26
- untere Schale des Längsträgers
- 27
- untere Lage
- 28
- Kante
- 29
- obere Lage
- 30
- steile Flanke
- 31
- horizontale Flanke
- 32
- Längsflansch
- 33
- Längsflansch
- 34
- horizontale Flanke
- 35
- innere vertikale Flanke
- 36
- äußere vertikale Flanke
- 37
- Längsflansch
- 38
- Mittelstück
- 39
- Längsflansch
- 40
- Zunge
- 41
- Punktschweißung
- 42
- Flansche
- 43
- horizontale Flanke
- 44
- vertikale Flanke
- 45
- Flansch
- 46
- Längsflansch
- 47
- hintere Gerüstöffnung
- 48
- vordere Gerüstöffnung
- 50
- Klebstoff
- 51
- Bodenblech
- 52
- Bodenblech
- 53
- Querschiene
- 54
- Schraublaschen
- 55
- Bodenblech
- 56
- Bodenblech
- 57
- Mulde
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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