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Die
Erfindung betrifft eine Tragestruktur eines Fahrzeugs gemäss dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Aus
der
DE 42 44 216 A1 ist
ein Fahrzeugaufbau mit V-förmig
zulaufenden Streben bekannt, die einerseits mit Längsträgern und
andererseits mit einer heckseitigen und vertikal angestellten Querstütze verbunden
sind.
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Des
weiteren ist aus der
DE
42 44 217 A1 ein Fahrzeugaufbau bekannt, der eine mit den
Längsträgern verbundene
Platte aufweist, welche zur Versteifung des Aufbaus dient.
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Aus
der
DE 43 18 226 A1 ist
eine Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche aus Seitenteilen
zur Aufnahme der Radaufhängung und
mit diesen verbundenen Streben besteht. Diese Streben erstrecken
sich entgegen der Fahrtrichtung V-förmig zum Fahrzeugheck hin und
sind über
Querstreben miteinander verbunden, sowie über weitere Querstreben mit
Längsträgern des
Fahrzeugaufbaus.
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Aus
der
DE 195 32 531
C2 ist ein Fahrzeugaufbau bekannt, bei dem die freien Enden
einer V-förmig
zulaufenden Verstrebung mit einer einteiligen Trägerplatte verbunden sind, welche
zwei über
einen integrierten Querträger
miteinander verbundene, trapezförmige
Segmente aufweist.
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Nachteilig
bei diesen Aufbauten ist es, dass komplizierte Träger- und/oder
Plattengeometrien benötigt
werden, die bei ihrer Herstellung hohe Kosten verursachen und somit
für Kleinserien
nicht in Betracht kommen. Ferner lässt sich mit einem solchen Aufbau
nur die Torsionsfestigkeit in einer Ebene erzielen, die parallel
zur Fahrbahnebene ausgerichtet ist.
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Aus
der
DE 22 22 557 A ist
eine Fahrzeug-Tragstruktur bekannt, die auf Fahrer und Beifahrerseite
zwei übereinander
angeordnete Längsträger im Front-
und Heckbereich aufweist. In einem Ausführungsbeispiel ist der obere
und der untere Längsträger im Bereich
des Radkastens mit einem Karosserieblech verbunden. Das Karosserieblech
ist hierbei auch Bestandteil der Längsträger und dient zur Energieaufnahme
bei einem Aufprall. Auch sind die Längsträger im Bereich dieser Karosseriebleche zur
Aufnahme von Deformationsenergie optimiert. Eine derartige weiche
Aufbaustruktur soll die Weiterleitung oder Verteilung der Deformationsenergie
verhindern, indem sie selbst Energie aufnimmt.
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Nachteilig
hierbei ist jedoch, dass sowohl das weiche, dünne Karosserieblech als auch
die damit verbundenen Längsträgerbereiche
als Deformationselemente ausgelegt sind. Bei einer Verwindung der
Karosserie würde
die Verwindungsenergie auch von diesen Bauteilen aufgenommen werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, alternative Tragestrukturen zu schaffen, die
eine Torsionssteifigkeit in einer Ebene aufweisen, die senkrecht
zur Fahrbahnebene angeordnet sind, einfach zu montieren sind, und
sich für
kleine Stückzahlen
und eine steife Anbindung anderer Fahrzeugkomponenten, insbesondere
des Fahrwerks und/oder des Stoßfängers eignen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierbei
werden zwischen einem unteren und einem oberen Längsträger zwei vertikale Stützträger angeordnet,
die zusammen mit diesen Längsträgern eine
trapezförmige
Anordnung ausbilden, die vertikal zur Fahrbahnebene ausgerichtet
ist.
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Die
Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die Torsionssteifigkeit
einer solchen trapezförmigen
Anordnung in einer vertikalen Raumrichtung gewährleistet werden kann. Für Fahrzeuge
in Leichtbauweise lassen sich durch zusätzliche Stützträger trapezförmige Anordnungen aufbauen,
die besonders stabile Tragestrukturen ausbilden, ohne dass sich
das Gewicht der Karosserie stark erhöht. Ferner lassen sich mit
solchen trapezförmigen Anordnungen Platzprobleme
lösen und
es können
alternative Befestigungsmöglichkeiten
für andere
Bauteile geschaffen werden.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierbei
erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn eine oder mehrere
trapezförmige
Anordnungen im Heckbereich der Tragestruktur integriert sind. Hierbei
kann z. B. eine oder könnnen
zwei trapezförmige
Anordnungen zur direkten Anbindung des Fahrwerks an die Karosserie
dienen, wodurch der Hilfsrahmen zur Fahrwerksanbindung nicht mehr
benötigt
wird. Auch kann eine bzw. können
zwei trapezförmige
Anordnungen dazu dienen, einen Stoßfänger in einer, von den Längsträgern bzw.
Querträgern
unabhängigen Höhe stabil
anzubringen, wobei die Querträger
horizontal zur Fahrbahnebene ausgerichtetet und senkrecht zu den
Längsträgern angeordnet
sind. Dadurch können
z. B. bei einem Heckaufprall die Kräfte gleichmäßig auf die Tragestrukur bzw
auf Deformationselemente verteilt werden. In dem vertikalen Trapez
können
auch größere Deformationselemente
eingebracht werden. Hier erweist es sich als besonders vorteilhaft,
insbesondere für
Sportwagen, wenn ein Auspufftopf durch die Öffnung im Trapez geführt wird. Der
Auspufftopf ist dadurch besonders platzsparend untergebracht und
kann zusätzlich
als Deformationselement verwendet werden. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung
besteht darin, dass bei der Anbindung eines Stoßfängers an den äußeren vertikalen
Stützträger, u-förmige Ausgleichselemente
verwendet werden können,
die schienenförmig über den äußeren Stützträger gezogen
werden und dann unter einem beliebigem Winkel daran befestigt werden,
so dass die kreisförmigen
Segmente des gebogenen Stoßfängers großflächig über das
Ausgleichselement am Stützträger befestigt
werden können.
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Die
Erfindung soll anhand zweier Ausführungsbeispiele in zwei Figuren
dargestellt werden.
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1:
Seitenansicht einer Tragestruktur im Heckbereich eines Fahrzeugs
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2:
Räumliche
Darstellung einer Tragestruktur im Heckbereich
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1 zeigt
die Seitenansicht einer Tragestruktur 18 im Heckbereich
eines Fahrzeugs. In diesem Ausführungsbeispiel
ist die Tragestruktur vorwiegend aus Leichtmetall, insbesondere
Aluminium, jedoch könnten
auch andere Leichtbaustoffe z. B. Kunststoff oder andere Metalle
verwendet werden. Ferner handelt es sich bei dieser Tragestruktur 18 um die
eines Sportwagens, bei dem sich andere Aufgabenstellungen insbesondere
durch die breiteren Reifen, größeren Auspufftöpfe und
spezielle Designanforderungen, wie bei herkömmlichen PKW ergeben. Hier
weist die Tragestruktur 18 einen unteren Längsträger 2 auf.
Der untere Längsträger ist
parallel zur Fahrbahnebene und zur Fahrtrichtung ausgerichtet und
ist im Gegensatz zum oberen Längsträger näher an der
Fahrbahnebene. Am unteren Längsträger 2 befindet
sich ein Gussknoten 11 an dem der untere Längsträger 2 mit
weiteren Trägern,
insbesondere dem Stützträger 8 und
dem in dieser Figur nicht dargestellten Querträger 10 (siehe 2),
verbunden wird. Ferner weist der untere Längsträger 2 eine in Richtung
des Hecks führende
Verlängerung 16 auf, der
eine etwas andere Richtung wie der Längsträger 2 aufweist. Ein
solcher mehrstückiger
Längsträger 11, 2, 16 könnte auch
z. B. als einstückiges
gerades Teil ausgebildet werden. Am unteren Längsträger 2 bzw. am Gussknoten 11 befinden
sich Aufnahmevorrichtungen 12, die zur unteren Fahrwerksanbindung dienen.
Am Gussknoten 11 befindet sich der innere Stützträger 8,
der bezogen auf die Fahrbahnebene, vertikal nach oben ragt. Unter
vertikal versteht man hier einen größeren Winkelbereich der einen
Verlauf von unten nach oben, bezogen auf die Fahrbahnebene beschreibt.
Der Stützträger 8 ist
mit seinem oberen Ende am oberen Längsträger 3, der auch als
Federbeinträger
bezeichnet wird, befestigt. Am oberen Längsträger 3 befindet sich
eine Vorrichtung 14 zur Aufnahme des Fahrwerk-Federbeins.
Diese Aufnahmevorrichtung ist zwischen dem inneren Stützträger 8 einem
weiteren Stützträger 7 angeordnet,
der gleichfalls vertikal zwischen dem unteren Längsträger 2 und dem oberen
Längsträger 3 angeordnet
ist. Der Abstand der Stützträger 7, 8 zueinander
im Bereich des unteren Längsträgers 2 ist
größer als
der Abstand im Bereich des oberen Längsträgers 3. Der mittlere
Stützträger 7 ist
mit dem unteren und oberen Längsträger 2, 3 fest
verbunden. Die im Bereich zwischen den Stützträgern 8, 7 angeordneten
Abschnitte des oberen Längsträgers 3 und
des unteren Längsträgers 2 bilden
zusammen mit diesen Stützträgern 8, 7 eine
trapezförmige
Anordnung 17 aus. Zur Vervollständigung der Fahrwerksanbindung
an die trapezförmige
Anordnung 17 ist ein zusätzlicher Längsträger 4 zwischen der
inneren Stütze 8 und
der mittleren Stütze 7 und
zwischen dem unteren Längsträger 2 und
dem oberen Längsträger 3 angebracht. Dieser
mittlere Längsträger 4 weist
Aufnahmemittel 13 auf, die in Form von Hülsen im
Träger
angeordnet sind und die der oberen Fahrwerksanbindung dienen. Mit
dieser trapezförmigen
Anordnung 17 ist es möglich,
aufgrund ihrer Geometrie, ihrer Torsionssteifigkeit bedingt durch
die Stützträger 8, 7 und durch
die Aufnahmemittel 12, 13, 14 das komplette hintere
Fahrwerk inklusive dem Federbein ohne Hilfsrahmenkonstruktion aufzunehmen.
Die trapezförmige
Anordnung 17 könnte
auch asymmetrisch oder als Rechteck ausgebildet sein. Der zwischen dem
mittleren Längsträger 4 und
dem oberen Längsträger 3 dargestellte
Träger 5 ist
Bestandteil des Motorrahmens. Der Motorrahmen ist in diesem Ausführungsbeispiel
für die trapezförmige Anordnung 17 ohne
Bedeutung und dient nur zur Veranschaulichung der Figur.
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In
der 1 ist eine weitere trapezförmige Anordnung 19 dargestellt.
Diese trapezförmige
Anordnung 19 weist einen unteren Längsträger 16 auf, der die
Verlängerung
des Längsträgers 2 ist.
Die obere Begrenzung der trapezförmigen
Anordnung 19 wird durch die obere Längsträgerverlängerung 15 gebildet.
Seitlich wird die trapezförmige
Anordnung 19 durch den äußeren Stützträger 6 und
dem mittleren Stützträger 7 begrenzt.
Diese trapezförmige
Anordnung 19 dient zur Anbindung des hinteren Stoßfängers 1.
Normalerweise sind die Stoßfänger 1 über Verbindungsmittel
direkt an die Längsträger oder Querträger angebunden.
Der trapezförmige
Aufbau hier ermöglicht
eine Anbindung des Stoßfängers 1 in jeder
gewünschten
Höhe ohne
die Aufbauhöhe
eines Längsträgers oder
Querträgers
berücksichtigen
zu müssen.
Bei einem Heckaufprall wird die Aufprallenergie bei diesem trapezförmigen Träger gleichmäßig in die
Tragestruktur, insbesondere in die beiden Längsträger bzw. Längsträgerverlängerungen geleitet. Ein Abknicken
des Stoßfängers nach
oben oder nach unten kann dadurch zuverlässig vermieden werden. Insbesondere
bei tiefgelegten Sportwägen können dadurch
die Auswirkungen eines Heckaufpralls stark reduziert werden. Ein
weiterer Vorteil ergibt sich durch die große Montagefläche am äußeren Stützträger 6.
Der Stoßfänger 1 im
Ausführungsbeispiel
ist gebogen, d. h. er bildet ein Kreissegment aus. Die Anbindung
einer Kreissegmentfläche
an eine ebene rechteckige Fläche
ist problematisch, da die Berührungsfläche zwischen
derart aufgebauten Teilen nur sehr klein ist. Werden am Stoßfänger 1 schienenförmige Befestigungsprofile 20 angebracht, deren
Geometrie es erlaubt, dass sie über
den äußeren Stützträger 6 angebracht
werden können,
sodass diese Schienen 20 den Stützträger 6 ummanteln, lässt sich
eine großflächige Verbindung
zwischen dem Stützträger 6 und
dem Stoßfänger 1 erzielen.
In der Öffnung
der trapezförmigen
Anordnung 19, begrenzt durch den mittleren Stützträger 7,
der oberen Längsträgerverlängerung 15,
dem äußeren Stützträger 6 und
der unteren Längsträgerverlängerung 16 befindet
sich ein Auspufftopf 9 des Fahrzeugs. Dieser Auspufftopf 9 kann
im Falle eines Heckaufpralls zusätzlich
als Deformationselement dienen.
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2 zeigt
eine räumliche
Darstellung der Tragestruktur im Heckbereich eines Sportwagens.
In dieser Ausführungsform
sind die beiden trapezförmigen
Anordnungen 17, 19 in der Tragestruktur 18 eines
Fahrzeugs im Hinterwagens nicht flächig wie in 1 sondern
räumlich
dargestellt. Zur Aufnahme des Fahrwerks ohne Verwendung eines Hilfsrahmens
ist die trapezförmige
Anordnung 17 im Heckbereich auf beiden Seiten des Hinterwagens
angeordnet. An dieser trapezförmigen
Anordnung 17 befindet sich später im aufgebauten Zustand
das hintere linke Rad. Auf der durch einen Querträger 10 verbundenen gegenüberliegenden
Seite ist die gleiche trapezförmige
Anordnung vorhanden, an der im aufgebauten Zustand das hintere rechte
Rad angebracht ist. Weiter wird in dieser Abbildung deutlich, dass
die Stützträger 7, 8 leicht
ins Wageninnere geneigt sind. Ferner sind diese beiden Stützen so
geneigt, dass die Länge
des trapezförmigen
Abschnitts, der vom unteren Längsträger 2 gebildet
wird, größer ist
als die Länge
des Abschnitts, der vom oberen Längsträger 3 gebildet
wird. Durch diese in alle Raumrichtungen leicht zusammenlaufende
Formgebung ergibt sich ein besonders torsionsfester Aufbau, bei
dem eine stabile Fahrwerksanbindung realisiert werden kann. Dieser
Aufbau ermöglicht
auch eine Tragestruktur und somit auch eine gesamte Karosserie,
die nach hinten schmal zuläuft
und an die ein Fahrwerk mit besonders breiten Reifen integriert
werden kann.
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Die
trapezförmige
Anordnung 19 zur Anbindung des Stoßfängers 1 ist am rechten
bzw. am linken Endbereich des Hinterwagens angebracht. Die trapezförmige Anordnung 19 ermöglicht es,
den Bereich des Auspufftopfs bzw. der Auspufftöpfe 9 auszusparen
und trotzdem eine stabile Trägerkonstruktion
für den
Stoßfänger 1 zu
realisieren. In diesem Bild wird die Anbindung des Stoßfängers an
die Tragestruktur mit Hilfe von zusätzlichen u-förmigen Profilschienen 20 gezeigt,
die als Ausgleichselement zwischen dem äußeren Stützträger 6 und dem Stoßfänger 1 dienen.
Jedoch können
solche trapezförmigen Anordnungen 17, 19,
die vertikal zur Fahrbahnebene angeordnet sind, und eine im Vergleich
zur Außenhautkarosserie
tragende Funktion ausüben,
den größten Belastungen
z. B. Stöße über das
Fahrwerk oder einem Aufprall standhalten. Auch wird in dieser Figur
deutlich, dass der mittlere Stützträger 7 mehrere
Funktionen ausübt,
zum einen dient er bei der Fahrwerksanbindung als Stütze um eine
Verwindung zwischen dem unteren Längsträger 2 und dem Federbeinträger 3 bzw.
dem mittleren Längsträger entgegenzuwirken
und zum anderen dient er dazu, die Kräfte, die bei einem Heckaufprall
auf die trapezförmige
Anordnung 19 einwirken, auf die Tragestruktur weiterzuleiten.
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Die
folgenden im Text verwendeten Begriffe sollen wie folgt interpretiert
werden:
| Vertikal: | bedeutet
hier grundsätzlich
in etwa vertikal. In etwa vertikal |
| | heißt, dass
der Verlauf zwar eine horizontale Komponente |
| | aufweisen
kann, aber die vertikale Komponente überwiegt |
| Senkrecht: | bedeutet
hier grundsätzlich
in etwa senkrecht. In etwa |
| | senkrecht
heißt,
dass der Verlauf auch eine waagerechte |
| | Komponente
aufweisen kann, aber die senkrechte |
| | Komponente überwiegt. |
| Horizontal: | bedeutet
hier grundsätzlich
in etwa horizontal. In etwa |
| | horizontal
heißt,
dass der Verlauf zwar eine vertikale |
| | Komponente
aufweisen kann, aber die horizontale |
| | Komponente überwiegt |
| Parallel | bedeutet
hier grundsätzlich
in etwa parallel. In etwa parallel |
| | heißt, dass
die parallelen Träger
bzw. Ebenen innerhalb |
| | eines
bestimmten Bereichs nicht aufeinandertreffen. |
| Längsträger: | Träger die
parallel zur Längsachse des
Fahrzeugs verlaufen. |
| Querträger: | Horizontaler
Träger
zwischen zwei Längsachsen. |
| Stützträger: | Vertikaler
Träger
zwischen zwei Längsachsen. |
| Trapezförmig: | Vier
Ecken ausbildend. |