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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Bodengruppe für ein Fahrzeug nach den Oberbegriffen
der Ansprüche
1 oder 7.
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Die
DE 23 36 213 C2 zeigt
ein Fahrzeug mit einer symmetrisch aufgebauten Bodengruppe, die
im vorderen Fahrzeugbereich von zwei Längsträgern (Motorträgern) gebildet
wird, die sich gabelförmig verzweigen.
Der äußere Zinken
der Gabel verläuft
in einer horizontalen Ebene mit dem Motorträger und ist bis zu einem vorderen
Türpfosten
und dem Schwellerbereich weitergeführt. Der innere Zinken ist
zur Fahrzeugmitte hin nach unten geneigt und geht in einen im Bereich
der Fahrzeugmitte liegenden Tunnelträger über, der sich über den
gesamten mittleren Fahrzeugbereich erstreckt und an einem hinteren Querträger endet.
Durch die gabelförmigen
Motorträger
wird eine verzweigte Einleitung der bei einem Fahrzeugcrash auftretenden
Energie in die gesamte Bodengruppe und den Fahrzeugaufbau erreicht.
Die Gefahr des Ausknickens der äußeren Zinken
unter Längskräften ist
gering, da sie in einer horizontalen Ebene mit den Motorträgern verlaufen
und somit Abkröpfungen
in einer zur Fahrbahn senkrechten Ebene fehlen, die einen Hebelarm
für die
Längskräfte darstellen
würden.
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Von
Nachteil ist jedoch, daß die
inneren Zinken zur Fahrzeugmitte hin nach unten geneigt verlaufen,
mit der Gefahr des Ausknickens der Träger in diesem Bereich.
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Der
große
seitliche Versatz zwischen den mittigen Tunnelträgern und den hinteren Längsträgern führt zu einer
starken Durchbiegung des hinteren Querträgers, sobald Längskräfte in die
Bodengruppe des Fahrzeugs eingeleitet werden. Deshalb ist der Querträger entsprechend
steif auszugestalten, mit Nachteilen hinsichtlich des Gewichtes
und der Herstellkosten.
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Ferner
ist aus der
US 5,002,333
A eine Bodengruppe für
ein Fahrzeug mit vorderen Längsträgern (Motorträgern) bekannt.
Die bekannte Bodengruppe wird von Längsträgern im mittleren Abschnitt des
Fahrzeugs ergänzt,
nämlich
von an der Fahrzeugaußenseite
verlaufenden Schwellern und im Bereich der Fahrzeugmitte verlaufenden
Tunnelträgern.
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Der
DE 23 36 213 C2 und
der
US 5,002,333 A sind
keine näheren
Angaben zur Verbindungstechnik und Herstellung der Bodengruppe zu
entnehmen, mit Ausnahme eines Hinweises, daß eine Profilhälfte der
Träger
von Wandungen des Aufbaus gebildet werden kann. Insbesondere fehlen
Angaben zur Herstellung einer Bodengruppe in Profilbauweise.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, unter Vermeidung der oben angeführten Nachteile
die bekannte Bodengruppe weiterzubilden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Bodengruppe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder
7 jeweils für
sich oder in Kombination gelöst.
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Aus
Gründen
einer vereinfachten und anschaulichen Darstellung werden die vorderen
Längsträger der
erfindungsgemäßen Bodengruppe
nachfolgend als Motorträger
bezeichnet. Der Gegenstand der Anmeldung erstreckt sich jedoch selbstverständlich auch
auf solche vordere Längsträger, die
keinen Motor tragen. Natürlich
sind gabelförmige
hintere Längsträger (mit
oder ohne Motor) in analoger Weise ebenso eingeschlossen. Die gewählten Bezeichnungen "Motorträger" und "vorderer" bzw. "hinterer" Träger stellen
also keine Einschränkung
hinsichtlich der Position und Funktion von Trägern einer erfindungsgemäßen Bodengruppe
dar.
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Untersuchungen
der Anmelderin haben ergeben, daß bei einer gattungsgemäßen Bodengruppe
Längskräfte (in
und entgegen der Fahrtrichtung) zu über 60 % über die Tunnelträger geführt werden. Aus
diesem Grund ist es von entscheidender Bedeutung, daß gerade
der Lastpfad in der Fahrzeugmitte möglichst in einer horizontalen
Ebene verläuft.
Dies wird durch die erfindungsgemäße Bodengruppe nach Anspruch
1 erreicht, die einen durchgängigen
und ebenen Kraftpfad bereitstellt, bei dem der Mitteltunnel die
Last exakt horizontal bis hinter die Fahrgastzelle führt. Wird
der Kraftpfad durch einen hinteren Querträger und hintere Längsträger in derselben
horizontalen Ebene fortgesetzt, ergibt sich ein über die gesamte Fahrzeuglänge reichender,
durchgehender ebener Kraftpfad. Durch die ebene Struktur vereinfacht
sich zudem die Herstellung der erfindungsgemäßen Bodengruppe, da die Träger nur
zweidimensional gebogen werden müssen.
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Die
im Bereich der Fahrzeugmitte verlaufenden Tunnelträger enden
an der Vorderseite eines hinteren Querträgers, an dessen Rückseite
fahrzeugaußenseitig
hintere Längsträger angreifen.
Durch den konstruktionsbedingten seitlichen Versatz zwischen dem
Tunnelträger
und dem hinteren Längsträger ergibt
sich, wie aus dem Stand der Technik bekannt, eine hohe Belastung
des Querträgers
gegenüber Durchbiegung.
Dies wird erfindungsgemäß durch
ein flächiges
Bauteil, das den Raum zwischen Querträger und hinteren Längsträgern aussteift,
verhindert. Bevorzugt wird das flächige Bauteil zwischen die
Träger
eingesetzt; möglich
ist jedoch auch die Anordnung unterhalb oder oberhalb der Träger. Das
flächige
Bauteil kann über
einen großen
Teil seines Umfangs mit den Trägern
verbunden werden. Durch die Doppelfunktion (Begrenzung eines Karosserieabschnitts
und gleichzeitig versteifendes Tragelement) ergibt sich eine kompakte,
gewichtssparende Bauweise.
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Durch
die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 wird der Querträger außerhalb
desjenigen Bereichs, der nicht durch das flächige Bauteil gestützt wird,
in der Richtung abgebogen, in der bei einem Heckaufprall Kräfte in die
Bodengruppe eingeleitet werden. Damit wird ein Abknicken des Querträgers an
seinen Endbereichen wirkungsvoll verhindert.
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Eine
hohe Steifigkeit des flächigen
Bauteils wird z. B. durch die doppelwandige Ausführung gemäß Anspruch 3 erreicht. Beispielsweise
kann das flächige
Bauteil in Sandwichbauweise mit einer oberen und unteren Platte
und dazwischenliegender Abstandsschicht (Wabenstruktur, Aluminiumschaum, etc.)
hergestellt werden. Das flächige
Bauteil bildet beispielsweise einen Kofferraumboden oder den Boden
zwischen Kraftstofftank und Hinterachse.
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Darüber hinaus
kann auch ein räumliches Gebilde
wie zum Beispiel ein Kraftstofftank zur Aussteifung des Trägerverbundes
aus Querträger
und hinteren Längsträgern eingesetzt
werden.
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Bei
einem Heckaufprall werden in das flächige Bauteil über seiner
Längserstreckung
in Fahrtrichtung zunehmende Kräfte
eingeleitet. Gemäß Anspruch
4 nimmt daher die Steifigkeit des flächigen Bauteils in Kraftrichtung
zu, wodurch bei geringem Gewicht eine optimale „Steifigkeitsverteilung" erreicht wird.
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Die
unterschiedliche Steifigkeit des flächigen Bauteils kann besonders
einfach und kostengünstig mit
einem Strangprofil nach Anspruch 5 erreicht werden.
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Die
Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 ermöglicht – auch bei Fahrzeugen mit hochliegenden
Motorträgern – die Übertragung
von Längskräften in
einer horizontalen Ebene. Durch die an sich vom Konzeptfahrzeug "Just 4/2" der Anmelderin (siehe
auch
deutsche Patentanmeldung
195 38 456.3 ) bekannte Hochlage des Tunnelträgers ergibt zudem
eine hohe Biegesteifigkeit gegenüber
Vertikalkräften
im Bereich zwischen den Türpfosten
eines Fahrzeugs. Dies ist vor allem für oben offene Fahrzeuge von
Bedeutung. Durch den oder die hochgesetzten Tunnelträger ergeben
sich zudem neuartige Gestaltungsmöglichkeiten für das Styling
des Fahrzeuginnenraums.
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Die
erfindungsgemäße Lösung gemäß Anspruch
7 beschreibt den Aufbau einer Bodengruppe mit Trägern aus Profilen, insbesondere
Strangprofilen aus Leichtmetall, auf. Sowohl die Motor- als auch die
Tunnelträger
können
durch einfache, zweidimensionale Biegung hergestellt werden, da
beide Träger in
einer horizontalen Ebene verlaufen und z. B. S-förmig oder einfach gekrümmt sind.
Durch den Spalt zwischen dem Ende des Tunnelträgers und der der Fahrzeugmitte
zugewandten Begrenzungswand des Motorträgers kann in einfacher Weise
ein Ausgleich von Maßtoleranzen,
vor allem in Längsrichtung
des Fahrzeuges, erfolgen, wodurch die Fertigung der erfindungsgemäßen Bodengruppe
vereinfacht wird. Die Verbindung zwischen Motor- und Tunnelträger erfolgt
mittelbar über
ein Verbindungsblech, das beide Träger überlappt und damit zusätzlich versteift. Das
Verbindungsblech wird mit den beiden Trägern vorzugsweise verschweißt.
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Anspruch
8 beschreibt eine mögliche
Ausführungsform
eines derartigen Verbindungsbleches, das als "Schuh" ausgeführt ist, der die beiden Träger in zwei
senkrecht zueinander stehenden Ebenen überlappt. Durch die Überlappung
ergibt sich eine große
Verbindungsfläche.
Das Verbindungsblech kann in einfacher Weise durch ebenes Beschneiden und
Abkanten hergestellt werden.
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Durch
die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 wird der gerade
Verlauf des Motorträgers vor
seiner Abbiegung in Richtung des Schwellers vom Verbindungsblech
fortgeführt,
wodurch ein Ausknicken des Motorträgers im Crashfall wirkungsvoll verhindert
wird.
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Verbindungsbleche
in Form eines Knotenbleches zwischen den beiden Trägern (Anspruch
10) bzw. eines Bodenbleches unterhalb oder oberhalb der beiden Träger (Anspruch
11) bewirken eine weitere Versteifung der Verbindungsstelle. Die
Verbindungsbleche werden vor allem auf Zug beansprucht und verhindern
eine Aufspreizung der Gabelung unter Last. Sie sind bevorzugt horizontal,
das heißt
parallel zu der von Motor- und Tunnelträger aufgespannten Ebene, angeordnet.
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Die
Abkantung des Verbindungsblechs (Anspruch 12) bewirkt eine Materialanhäufung in
dessen hochbelastetem Randbereich. Neben der hierdurch erzielten
Versteifung wird außerdem
die Widerstandsfähigkeit
des Blechs gegen Einreißen
erhöht.
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Ein
mögliches
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist nachfolgend in der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
Hälfte
einer erfindungsgemäßen Bodengruppe
in der Draufsicht,
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2 eine
perspektivische Ansicht von schräg
oben auf den Bereich der Verbindung zwischen dem Motor- und Tunnelträger und
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3 eine
der 2 entsprechende perspektivische Ansicht von schräg unten.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Bodengruppe 1 in
der Gesamtansicht. Dargestellt ist, mit Ausnahme von Teilen des
Heckbereiches, nur eine der symmetrisch zur Fahrzeuglängsachse 2 ausgebildeten
Hälften
der Bodengruppe 1. Die Fahrtrichtung ist mit dem Pfeil
FR gekennzeichnet.
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Die
Bodengruppe 1 weist je Fahrzeugseite in ihrem vorderen
Abschnitt einen Motorträger 3 auf, der
in seiner vorderen Hälfte
geradlinig verläuft
und in seiner hinteren Hälfte
S-förmig
nach außen
in Richtung eines Schwellers 4 gebogen ist. Im Bereich
des S-Schlages des Motorträgers
ist ein Tunnelträger 5 an
den Motorträger 3 angebunden.
Der Tunnelträger 5 erstreckt
sich über
den gesamten mittleren Fahrzeugbereich bis hin zu einem hinteren
Querträger 6, an
den sich hintere Längsträger 9 anschließen. Der Bereich
zwischen den hinteren Längsträgern 9 und dem
hinteren Querträger 6 ist
mit einer Bodenplatte 10 versehen.
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Der
Schweller 4 erstreckt sich in Fortsetzung des Motorträgers 3 bis
zum Querträger 6.
Er setzt sich aus einem inneren Hohlprofil 7 und einem äußeren Schalenbauteil 8 zusammen.
Die nicht dargestellten vertikalen Pfosten der Karosserie werden
außenseitig
an das Hohlprofil 7 angeschweißt, wobei anschließend das
mit entsprechenden Aussparungen versehene Schalenbauteil 8 als
weitere Tragkammer außenseitig
auf das Hohlprofil 7 aufgesetzt wird.
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Der
Tunnelträger 5 grenzt
nicht direkt an den Motorträger 3 an,
sondern ist mit Abstand zu diesem angeordnet. Hierdurch können Maßtoleranzen
in der Bodengruppe 1 ausgeglichen werden. Die Verbindung
zwischen den beiden Trägern 3 und 5 erfolgt mittelbar über ein
Verbindungsblech 11, das seinerseits mit den beiden Trägern 3 und 5 verschweißt wird.
Ein Dreiecksblech 12 sowie ein Bodenblech 13 versteifen
die Verbindung zusätzlich.
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Die 2 und 3 zeigen
die Verbindung zwischen Motor- und Tunnelträger 3 bzw. 5 näher. Beide
Träger 3 und 5 sind
als Hohlprofile aus Aluminium im Strangpreßverfahren hergestellt und
zweidimensional gebogen. Das Verbindungsblech 11 ist in einen
horizontalen Abschnitt 14 und einen vertikalen Abschnitt 15 unterteilt.
Der Übergang
zwischen den beiden Abschnitten 14 und 15 verläuft in Verlängerung
der vorderen Hälfte
des Motorträgers 3.
Der vertikale Abschnitt 15 setzt damit zwischen den Innenseiten 25 und 26 von
Motor- bzw. Tunnelträger 3 bzw. 5 die
gerade Linie des Motorträgers 3 fort
und verhindert im Bereich des S-Schlages des Motorträgers 3 ein
Ausknicken unter Last. Außenseitig
ist der Abschnitt 14 entsprechend dem Verlauf des Motorträgers 3 S-förmig beschnitten.
Der vertikale Abschnitt 15 übergreift die gesamte Höhe von Motor-
und Tunnelträger 3 bzw. 5.
Das Verbindungsblech 11 ist über horizontale und vertikale
Schweißnähte 16 bzw. 17 mit
den beiden Trägern 3 bzw. 5 verbunden.
Zusätzlich
ist das Verbindungsblech 11 über einen Flansch 18 mit
dem Bodenblech 13 verschweißt.
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Das
Dreiecksblech 12, das zwischen die beiden Träger 3 und 5 eingesetzt
und mit diesen verschweißt
ist, versteift die Gabelung zwischen Motor- und Tunnelträger 3 bzw. 5 weiter.
Die Abkantung 20 an der Rückseite des Bleches 12 verleiht
diesem eine höhere
Steifigkeit. Außerdem
schließt
sich an die Abkantung unmittelbar nach oben die Stirnwand des Fahrzeugs
an. Auch das Verbindungsblech 11 ist mit einer versteifenden
Abkantung 19 versehen.
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An
die Unterseite von Motor- und Tunnelträger 3 bzw. 5 ist
das Bodenblech 13 angesetzt. Es folgt in seiner Kontur
dem Verlauf der beiden Träger 3 und 5.
Eine Abschrägung 21 erzeugt
eine Stufe zwischen einem vorderen und einem hinteren Bodenblechbereich 22 bzw. 23.
In Verbindung mit den Seitenwänden 24 ergibt
sich für
das Bodenblech 13 eine wannenförmige Gestalt.
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Die
erfindungsgemäße Bodengruppe 1 setzt sich
mit Ausnahme des Schwellers 4 nur aus solchen Trägern zusammen,
die in einer im wesentlichen horizontalen Ebene liegen. Motorträger 3,
Tunnelträger 5,
Querträger 6,
hintere Längsträger 9 und
Bodenplatte 10 bilden einen sich über die gesamte Fahrzeuglänge erstreckenden
ebenen Kraftpfad, der bei Einleitung von Längskräften, z. B. bei einem Fahrzeugcrash,
eine optimale Kraftweiterleitung ermöglicht. Da kein Höhenversatz
innerhalb dieses Kraftpfades vorliegt, ist die Gefahr eines Ausknickens
der Träger
minimiert. Die Verbindungsbleche 11, 12 und 13 verhindern
eine Aufspreizung des Motor- und Tunnelträger 3 bzw. 5 unter
Last. Die Bodenplatte 10 schafft einen steifen Verbund
zwischen den hinteren Längsträgern 9 und
dem Querträger 6,
so daß der seitliche
Versatz zwischen Tunnel- und Längsträgern 5 bzw. 9 ausreichend
steif überbrückt wird.
Durch die bewußt
möglichst
weit heraufgesetzten Tunnelträger 5 wird
zudem eine hohe Biegesteifigkeit der Bodengruppe 1 gegenüber Durchbiegung
in vertikaler Richtung erzeugt.
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Die
Bodenplatte 10 wird von einem Strangprofil gebildet, dessen
Herstellrichtung 29 senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung 2 verläuft. Hierdurch
wird auf besonders einfache Weise eine in Fahrtrichtung FR zunehmende
Steifigkeit der Bodenplatte 10 erreicht. Die Bodenplatte 10 besteht
in ihrem hinteren Bereich aus einer einfachen Platte 30,
während
sie als doppelwandiges Hohlprofil 31 mit innenliegenden Zwischenwänden 32 (strichliert
dargestellt) an den Querträger 6 angrenzt.
Der Übergang
zwischen den Bereichen 30 und 31 erfolgt über Schrägflächen 33.
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Der
Querträger 6 ist
in seinen seitlich außerhalb
der hinteren Längsträger 9 liegenden
Bereichen 27 S-förmig
nach vorne in Richtung der Schweller 8 abgebogen. Durch
diese Ausrichtung liegen die Bereiche 27 zumindest mit
einer Komponente in Richtung der bei einem Heckaufprall auftretenden
Kräfte und
werden hierdurch weniger stark beansprucht als der mittige Bereich 28 des
Querträgers 6,
der durch die Bodenplatte 10 entsprechend ausgesteift ist.
Die Pfeile 34 verdeutlichen den Kraftverlauf und die Kräfteverteilung
bei einem Heckaufprall.