DE19946558B4

DE19946558B4 - Trägerstruktur für Aufbauten von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE19946558B4
Application number: DE19946558.4A
Authority: DE
Inventors: Josip Vlahovic
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 1999-09-29
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: DE19946558A1

Abstract

Trägerstruktur für Aufbauten von Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, welche Trägerstruktur wenigstens zwei im Winkel zueinander angeordnete rohrförmige Träger aufweist, wovon wenigstens ein Träger – im Querschnitt gesehen – mit unterschiedlichen Wandstärken versehen ist, wobei vorzugsweise ein erster Träger (2, 8, 9) und ein zweiter Träger (3, 10, 11) der Trägerstruktur (1, 12, 13) mit unterschiedlichen Wandstärken (Ws1, Ws2, Ws3, Ws4, Ws5, Ws6, Ws7, Ws8) ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Träger einen kreis- oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweist und zumindest der erste Träger (2, 8, 9) in einem gemeinsamen Verbindungsbereich des ersten Trägers (2, 8, 9) und des zweiten Trägers (3, 10, 11) eine größere Wandstärke (Ws1, Ws3, Ws5) aufweist als in einem übrigen Umfangsbereich.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trägerstruktur für Aufbauten von Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist ein Stab für Fachwerke bekannt, vgl. DE 195 04 399 C1 , der in eine Trägerstruktur mit mehreren aus Metall bestehenden Trägern integriert ist. Der als Rohrkörper mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildete Stab bildet einen Untergurt in der besagten Trägerstruktur und weist an seinen Enden größere Wandstärken auf als in einem zwischen diesen Enden liegenden Stabbereich.
In der DE 44 39 610 A1 wird ein U-förmig gewalztes Stahlprofil behandelt, das in einem inneren Querschnittsbereich eine Verstärkung aufweist. Diese Verstärkung wird durch nach dem Walzvorgang hinzugefügtes Material gebildet.
Aus der DE 42 13 130 A1 geht eine Trägerstruktur für einen Personenkraftwagen hervor, die ein mit einem Schweller und einem Längsträger verbundenes Leichtmetallgußteil umfaßt. Der Schweller und der Längsträger – beide ebenfalls aus Leichtmetall bestehend – bilden zusammen mit dem Leichtmetellgußteil ein Knotenelement einer Leichtmetall-Karosserie. Um eine definierte Kraftaufnahme durch das Knotenelement zu erzielen, sind in dem als Hohlkörper ausgebildete Leichtmetallgußteil Verstärkungsrippen vorgesehen.
Aus der DE 41 06 501 A1 ist eine Karosserie für Fahrzeuge bekannt, die aus Strangpressprofilen hergestellt wird. Die Strangpressprofile sind dabei zumindest für einen Teil der tragenden Struktur der Karosserie aus zwei zueinander offenen Strangpressprofilen zusammengesetzt, die nach der Verbindung miteinander einen geschlossenen Querschnitt aufweisen, wobei die gewichtsnormierte Steifigkeit der Querschnitte der Strangpressprofile durch die variable Anpassung der Wandstärke des Profilquerschnittes an die geforderte Festigkeit gesteigert wird.
In der DE 195 06 160 B4 ist eine Rahmenkonstruktion für Kraftfahrzeuge beschrieben, wobei die Rahmenkonstruktion aus rohrförmigen Rahmenelementen besteht, die zumindest zum Teil durch hydraulisches Innenhochdruck-Umformen querschnittsoptimiert sind.
Aus der DE 196 53 509 B4 ist es bekannt, Trägerelemente einer Rahmenstruktur als Hydroforming-Teil aus einem rohrförmigen geschlossenen Bauteil als Halbzeug herzustellen, wobei am Halbzeug Wandteile unterschiedlicher Wandstärke und/oder Materialqualität vor der Umformung geschlossen aneinander geschweißt sind. Nach der Umformung kann damit ein Trägerelement komplizierter Geometrie vorgefertigt werden, bei dem entsprechend der Belastungen Bereiche mit unterschiedlichen Wandstärken und Materialqualitäten ohne Zwischenschaltung von Knotenelementen oder Anschlussteilen aneinander liegen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trägerstruktur für Aufbauten von Kraftfahrzeugen zu schaffen, die bei vorteilhaftem Gewicht hohe Belastungen aufnimmt und mit vertretbarem Aufwand herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß die Trägerstruktur einerseits zur Gewichtsoptimierung des Aufbaus beiträgt und andererseits aufgrund der besonderen Gestaltung der Träger, die aus Stahl oder Leichtmetall bestehen können, für die Aufnahme hoher Kräfte und Momente geeignet ist. Dabei läßt sich besagte Trägerstruktur ohne weiteres in Aufbaukonzepte mit bekannten konstruktiven Maßnahmen integrieren. Für die Herstellung der Träger können sowohl Strangpress- wie auch Innenhochdrucktechnologien eingesetzt werden. Denkbar ist aber auch die Träger aus mehreren schalenartigen Teilen zusammenzusetzen, wobei diese Teile durch Schweißen miteinander verbunden sind.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachstehend näher beschrieben sind.
Es zeigen
1 eine Ansicht von oben auf eine im Schnitt dargestellte Trägerstruktur;
2 eine Ansicht in Pfeilrichtung A der 1 in größerem Maßstab;
3 eine Schrägansicht der 1 mit einer anderen Ausführungsform;
4 eine Ansicht entsprechend 3 mit einer anderen Ausführungsform;
5 einen Horizontalschnitt der Trägerstruktur etwa entlang der Linie V-V der 4;
6 eine Ansicht in Pfeilrichtung B der 5;
7 eine Schrägansicht der 5 etwa in Pfeilrichtung C;
8 einen Querschnitt eines Trägers der Trägerstruktur;
9 eine Ansicht entsprechend 8 mit einer weiteren Ausführungsform.
Eine Trägerstruktur 1 ist Bestandteil eines nicht näher gezeigten Aufbaus eines Personenkraftwagens und umfaßt im rechten Winkel zueinander angeordnete Träger 2, 3, die aus Leichtmetall, Stahl oder dergl. bestehen und eine rohrförmige Gestalt aufweisen. Die Hauptbelastungsrichtungen der Trägerstruktur 1 bzw. des ersten Trägers 2 und des zweiten Trägers 3 sind mit HR und VR angegeben, wobei HR horizontale Richtung und VR vertikale Richtung bedeutet.
Die Träger 2. 3 sind – im Querschnitt gesehen – mit unterschiedlichen Wandstärken ausgeführt, um eine belastungsorientierte Dimensionierung der Trägerstruktur 1 zu erzielen. Der erste Träger 2 weist hierzu in einem Verbindungsbereich 4, in dem der zweite Träger 3 an den ersten Träger 2 herangeführt ist und beide Träger durch Fügen, insbesondere Schweißen miteinander verbunden sind, eine größere Wandstärke auf als in einem übrigen Bereich 5. Dies wird durch die Wandstärken Ws1 und Ws2 verdeutlicht, wobei Ws1 > Ws2 ist und Ws2 an einem Querschnittsabschnitt 6 ausgeführt ist, der einem Querschnittsabschnitt 7 gegenüberliegt. Gemäß 2 weisen der erste Träger 2 und der zweite Träger 3 kreisförmige Querschnitte mit Längsmittelachsen D-D und E-E auf, die auf einer gemeinsamen Längsmittelebene F-F der Trägerstruktur 1 liegen.
In den 3 und 4 weisen ein erste Träger 8, 9 und ein zweite Träger 10, 11 elliptische Querschnitte auf, die mit Hauptachsen G-G und Nebenachsen H-H versehen sind, wobei die Hauptachsen G-G auf Längsmittelebenen J-J und K-K von Trägerstrukturen 12 und 13 liegen. Gemäß 3 sind die Wandstärken Ws3 an gegenüberliegenden Seiten 16, 17 Hauptachsen G-G größer ausgeführt als die Wandstärken Ws4 an gegenüberliegenden Seiten 18, 19 der Nebenachsen H-H d. h Ws3 > Ws4. Die Ausführung nach 4 zeigt, daß der zweite Träger 11 eine vergleichbare Dimensionierung besitzt, wogegen der erste Träger 9 lediglich auf der dem zweiten Träger 11 zugekehrten Seite eine größere Wandstärke aufweist – Ws5 > Ws6 –. Der zweite Träger 11 schließt mit einer offenen Querschnittseite 20 an den ersten Träger 9 an, wobei der zweite Träger 11 in einem Anschlußbereich 21 mit einer glockenförmigen zu seinem Ende hin vergrößernden Erweiterung 22 versehen ist. Die Träger 9 und 11 können durch nahtlose Strangpreßprofile gebildet werden, und die Erweiterung 22 ist durch Aufblasen und/oder Stauchen angeformt.
Die 8 und 9 zeigen Querschnitte von Trägern 23 bzw. 24, die aus mehreren zu Rohrkörpern zusammengesetzten schalenartigen Teilen bestehen, die durch Fügen, vorzugsweise Schweißen miteinander verbunden sind (Tailored-Blanks-Technologie). Dabei umfaßt der Träger 23 ein erstes Teil 25 und ein zweites Teil 26, die bspw. bezüglich der Hauptachse G-G symmetrisch ausgeführt sind, jedoch ist der Umfang U1 des ersten Teils 25 größer als der Umfang U2 des zweiten Teils 26. Außerdem ist die Wandstärke Ws5 des zweiten Teils 26 größer als die Wandstärke Ws6 des ersten Teils 24. Der Träger 24 umfaßt erste Teile 27 und 28 sowie zweite Teile 29 und 30 die relativ zur Hauptachse G-G bzw. Nebenachse H-H symmetrisch ausgebildet sind. Schließlich weisen die Teile 27 und 28 größere Wandstärken auf als die Teile 29 und 30; dies ist durch die Beziehung Ws7 > Ws8 verdeutlicht.

Claims

Trägerstruktur für Aufbauten von Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, welche Trägerstruktur wenigstens zwei im Winkel zueinander angeordnete rohrförmige Träger aufweist, wovon wenigstens ein Träger – im Querschnitt gesehen – mit unterschiedlichen Wandstärken versehen ist, wobei vorzugsweise ein erster Träger (2, 8, 9) und ein zweiter Träger (3, 10, 11) der Trägerstruktur (1, 12, 13) mit unterschiedlichen Wandstärken (Ws1, Ws2, Ws3, Ws4, Ws5, Ws6, Ws7, Ws8) ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Träger einen kreis- oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweist und zumindest der erste Träger (2, 8, 9) in einem gemeinsamen Verbindungsbereich des ersten Trägers (2, 8, 9) und des zweiten Trägers (3, 10, 11) eine größere Wandstärke (Ws1, Ws3, Ws5) aufweist als in einem übrigen Umfangsbereich.
Trägerstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste Träger (2) den kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei Längsmittelachsen (D-D) und (E-E) der Querschnitte beider Träger (2 und 3) auf einer gemeinsamen Längsmittenebene (F-F) der Trägerstruktur (1) liegen.
Trägerstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Träger (8, 9) und der zweite Träger (10, 11) die elliptischen Querschnitte gleicher Größe aufweisen, wobei Hauptachsen (B-G) der Querschnitte auf einer gemeinsamen Längsmittelebene (J-J, K-K) der Trägerstruktur (12, 13) liegen.
Trägerstruktur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Träger (8) und der zweite Träger (10) auf gegenüber liegenden Seiten (16, 17) der Hauptachsen (G-G) größere Wandstärken als auf gegenüber liegenden Seiten (18, 19) der Nebenachsen (H-H) aufweisen.
Trägerstruktur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einer offenen Querschnittseite (20) an den ersten Träger (8, 9) anschließende zweite Träger (10, 11) mit einer glockenförmigen Erweiterung (22) versehen ist.
Trägerstruktur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein ellipsenförmiger Träger (23, 24) aus mehreren zu Rohrkörpern zusammen gesetzten schalenartigen Teilen (25, 26; 27, 28, 29, 30) besteht.
Trägerstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (25) einen größeren Umfang aufweist als das zweite Teil (26), wobei beide Teile (25 und 26) symmetrisch bezüglich der Hauptachse (G-G) des Trägers (3) ausgebildet sind.
Trägerstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (24) aus vier Teilen (27 und 28; 29 und 30) besteht, wovon erste Teile (27, 28) symmetrisch zur Hauptachse (G-G) und zweite Teile (29, 30) symmetrisch zur Nebenachse (H-H) des Trägers (24) ausgebildet sind.