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Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur
einer selbsttragenden Kraftfahrzeugkarosserie gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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In der
DE 198 11 215 A1 wird eine
Fahrgastzelle beschrieben, deren Tragstruktur durch eine querversteifende
Rohrkonstruktion für
einen Seitenaufprall in ihrer Querstreifigkeit erhöht wird.
Die querversteifende Rohrkonstruktion umfasst zwei seitlich außenliegende,
aufrechte Versteifungselemente, die durch ein sich über die
Kraftfahrzeugbreite erstreckendes, rohrförmiges Querelement verbunden
sind. Die aufrechten Versteifungselemente sind etwa im Überdeckungsbereich
der B-Säulen angeordnet.
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Um eine großflächige Krafteinleitung bei einem
Seitenaufprall in das Querelement zu erreichen, ist ein Knotenblech
vorgesehen, das sich vom Bodenbereich bis etwa zur Gürtellinie
des Kraftfahrzeugs erstreckt. Das Knotenelement weist eine Rinne
auf, in die das Versteifungselement eingesetzt und verschweißt wird.
In dem Knotenblech ist in dem Bereich eine Aussparung eingebracht,
in dem das Querelement auf das Versteifungselement trifft. Querelement
und Versteifungselement sind ebenfalls miteinander verschweißt.
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Bei einer Vorfertigung der Abstützungskonstruktion
wird das Querelement aus einem Mittelrohr und zwei außenseitigen Stützrohren
zusammen gesetzt, die im Fahrzeug miteinander verschweißt werden.
Die Einbindung des Knotenblechs in die Tragsäulen des Kraftfahrzeugs sowie
die Verbindung des Querelements mit dem Versteifungselement erfordert eine
genaue Einhaltung der Maßtoleranzen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
eine Tragstruktur einer selbsttragenden Kraftfahrzeugkarosserie
zu entwickeln, bei der die Einbautoleranzen der Abstützungskonstruktion
verbessert sind.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Tragstruktur einer selbsttragenden
Kraftfahrzeugkarosserie ist mit einer Abstützungskonstruktion versehen,
die sich aus einem Querelement und zwei im Überdeckungsbereich der Tragsäulen aufrecht
angeordneten Versteifungselementen zusammensetzt. An jedem Ende
des Querelements ist eine Aufnahme vorgesehen, die das ihr jeweils
zugeordnete Versteifungselement zumindest teilweise umfasst. Damit
gewährleistet
die Abstützungskonstruktion
auch ohne direkte Verbindung des Querelements mit den Versteifungselementen
eine Querversteifung der Tragstruktur. Vorteilhafterweise muss bei
der Montage damit die Abstützungskonstruktion
nicht vorgefertigt werden. Da die Aufnahme des Querelements nicht
mit dem Versteifungselement verbunden werden muss, können Einbautoleranzen
besser ausgeglichen werden. Bei einem Seitenaufprall trifft das
Versteifungselement in die Aufnahme und wird durch deren Form derart
ausgerichtet, dass eine Weiterleitung der Belastungskräfte in das
Querelement gewährleistet
ist.
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Zwischen der Aufnahme und dem Versteifungselement
kann ein Abstand vorgesehen sein, d. h. die Aufnahme und das Versteifungselement
berühren
einander in normaler Einbaulage nicht. Das hat den Vorteil, dass
bei der Montage zunächst
das Querelement am Rohbau festgelegt wird und anschließend das
Ver steifungselement seitlich von oben in die Aufnahme eingesteckt
und an der Tragsäule
ausgerichtet werden kann.
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Die Aufnahme des Querelements kann
mit ihrer dem Versteifungselement zugewandten Seite auf die Außenkontur
des Versteifungselements angepasst werden. Damit wird eine formschlüssige Verbindung
zwischen dem Versteifungs- und dem Querelement geschaffen. Das Umfassen
des Versteifungselements durch die Aufnahme kann so in einfacher
Form realisiert werden, wobei eine großflächige Krafteinleitung in das
Querelement gewährleistet werden
kann.
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Vorzugsweise weist das Versteifungselement
einen rohrförmigen
Querschnitt auf, d.h. das Versteifungselement ist als Versteifungsrohr
ausgebildet, das beispielsweise aus hochfestem Stahl hergestellt
ist. Derartige Rohre sind formstabil und einfach zu fertigen. Auch
das Querelement kann als Rohr aus hochfestem Stahl ausgebildet sein.
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Eine optimale Abstützung bei
rohrförmiger Ausbildung
des Versteifungselements kann erreicht werden, wenn die Aufnahme
die Form einer Halbschale hat. Damit kann die Aufnahme das Versteifungselement
gut umfassen und im Belastungsfall Kräfte in das Querelement weiterleiten.
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Wenn die Aufnahme einen größeren Radius aufweist,
als der Querschnitt des Versteifungselements, kann die Krafteinleitung
in das Querelement großflächig übertragen
werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Halbschale etwa mittig auf ihrer Außenseite mit dem Querelement
verschweißt.
Die Krafteinleitung in das Querelement kann damit auch bei einer
Seitenaufprallbelastung, die unterhalb der Verbindungsstelle auf
das Versteifungselement auftrifft in das Querelement weitergeleitet
werden, ohne dass es beispielsweise zum Ausknicken des Versteigungselements kommen
kann.
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In einer weiteren Ausführungsform
ist das Querelement einteilig ausgebildet und erstreckt sich über nahezu
die gesamte Kraftwagenbreite. Damit kann es bei der Montage in einem
Arbeitsschritt in eine Rinne des Rohbaus eingesetzt und dort verschweißt werden.
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Insbesondere bei Cabriolets bzw.
bei Fahrzeugen ohne durchgehende B-Säule kann die Fahrgastzelle
zusätzlich
versteift werden, in dem eine Abstützungskonstruktion auf Höhe der B-Säule in den Rohbau integriert
wird. Die B-Säule
erstreckt sich etwa vom Boden der Tragstruktur bis zur Fensterwurzel,
d.h. das Versteifungselement ist in ihrer Länge auf die B-Säule abgestimmt.
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Eine Ausführungsform sowie weitere Vorteile der
Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht von schräg
oben auf eine Tragstruktur eines Cabriolets,
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2 eine
Vorderansicht der Tragstruktur nach 1 sowie
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3 eine
Einzeldarstellung eines Endes des Querelements.
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In 1 ist
einer Tragstruktur 1 eines Cabriolets 2 ausschnittsweise
dargestellt. Da die Tragstruktur 1 bezüglich der Längsachse L im wesentlichen
symmetrisch aufgebaut ist, können
die folgenden Ausführungen
auf die rechte Seite der Tragstruktur 1 übertragen
werden.
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Die Tragstruktur 1 umfasst
eine Bodengruppe 3, die außen an ihren Längsseiten
von einem Türschweller 4 begrenzt
wird. Entlang der Längsachse
L erstreckt sich -vom nicht dargestellten Motorraum aus- ein Mitteltunnel 5,
der an einer quer zur Längsachse
L verlaufenden Fondsitzanlage 6 angeschlossen ist.
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Auf Höhe der Fondsitzanlage 6 ist
senkrecht eine Tragsäule 7 (oft
auch als B-Säule
bezeichnet) an den Türschweller 4 angeschlossen
und bildet somit den hinteren Abschluss einer Türöffnung 8.
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Die Tragsäule 7 ist ein mehrschaliges
Hohlprofil, auf deren Zusammenbau nicht weiter eingegangen wird,
und erstreckt sich von der Bodengruppe 3 bis zur unteren
Begrenzung 9 einer Fensteröffnung 10. Das heißt, die
Tragsäule 7 wird
nicht am Dachrahmen abgestützt,
es handelt sich um ein offenes Fahrzeug, bei der die B-Säule nur
im Bereich unterhalb der Fensteröffnung
angeordnet ist.
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Um Seitenaufprallbelastungen aufzunehmen,
ist eine Abstützungskonstruktion 9 im
Bereich der Fondsitzanlage 6 und der Tragsäule 7 angeordnet.
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Die Abstützungskonstruktion 9 umfasst
ein Querelement 10 und ein Versteifungselement 11,
die über
eine lose Verbindung miteinander verbunden sind. Sowohl das Querelement 10 als
auch das Versteifungselement 11 sind aus hochfesten Rohren
gefertigt.
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Das Querelement 10 erstreckt
sich über
nahezu die gesamte Fahrzeugbreite und wird von einer Rinne 12 aufgenommen,
die am vorderen Ende der Fondsitzanlage 6 eingeformt ist.
Das Querelement 10 ist mit der Rinne 12 verschweißt.
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Das Versteifungselement 11 ist
im Überdeckungsbereich
der Tragsäule 7 angeordnet.
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Wie insbesondere aus 2 hervorgeht, wird das Versteifungselement 11 an
seinem unteren Ende 13 in eine Aussparung des Türschwellers 4 eingesteckt.
Die im Türschweller 4 für das Versteifungselement 11 notwendige
Aussparung ist ausreichend groß dimensioniert,
so dass die Anordnung des Versteifungselements 11 unabhängig von
den Toleranzen der Tragsäule
7 eingebaut
werden kann. An seinem oberen Ende 14 ist das Versteifungselement 11 über eine
mit der Tragsäule 7 verschweißten Schelle 15 festgelegt.
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Die lose Verbindung zwischen dem
Versteifungselement 11 und dem Querelement 10 wird
anhand von 3 erläutert. An
seinem äußeren Ende 16 ist
an das Querelement 10 eine Aufnahme 17 angeschweißt. Die
Aufnahme 17 ist der Kontur des Versteifungselements 11 angepasst
und als Halbschale 18 ausgebildet, wobei der Innenradius
der Halbschale 18 etwas größer als der Außenradius
des Versteifungselements 11 gehalten ist.
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Die dem Versteifungselement 11 zugewandte
Innenseite 19 der Halbschale 18 ist der zylinderförmigen Außenkontur
des Versteifungselements 11 angepasst. Die Halbschale 18 ist
jedoch in einem Abstand b zum Versteifungselement 11 angeordnet.
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Durch den Abstand b zwischen der
Halbschale 18 und dem Versteifungselement 11 können in einfacher
Weise Einbautoleranzen ausgeglichen werden, wobei bei einem Seitenaufprall
eine optimale Krafteinleitung in das Querelement 10 erhalten bleibt.
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Die Wirkungsweise der Abstützungskonstruktion 9 bei
einem Seitenaufprall wird insbesondere in 2 deutlich. Beim Auftreffen einer Barriere
gemäß Pfeil
A auf die hier nicht dargestellte Tragsäule 7 wird das Versteifungselement 11 bis
zum Kontakt mit der Halbschale 18 verschoben. Die Halbschale 18 umfasst
das Versteifungselement 11, so dass eine Weiterleitung
der Aufprallkräfte
in das Querelement 10 erfolgt. Erst dann erfolgt eine Verformung
des Versteifungselements 11 in die strichliert dargestellte
Position. Der rohrförmige
Querschnitts des Versteifungselements 11 und des Querelements 10 sowie die
Verwendung hochfester Stähle
trägt damit
zur Verstärkung
der Sicherheitszelle bei.
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Die lose Verbindung des Versteifungselements 11 mit
der Halbschale 18 des Querelements 10 ist zudem
bei der Montage vorteilhaft. Durch den größeren Radius der Halbschale 18 können Einbautoleranzen
ausgeglichen werden. Trotzdem wird das Versteifungselement 11 durch
die Halbschale 18 bei einem Seitenaufprall aufgenommen,
so dass die Aufprallkräfte
in das Querelement 10 weitergeleitet werden. Die Abstützungskonstruktion 9 kann
somit relativ unabhängig
von der Toleranzlage der Tragsäule 7 in
den Rohbau eingebaut werden.