DE102011118181A1

DE102011118181A1 - Querträger einer Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102011118181A1
Application number: DE102011118181A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Pohl; Jürgen Dick; Andreas Kirsch; Wolfram Lieven
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-16
Also published as: CN103101575A; GB201219106D0; GB2496492A; CN103101575B; US9120508B2; US20130118823A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Querträger einer Kraftfahrzeugkarosserie, welcher zur Bildung einer lastübertragenden Verbindung zwischen zwei Längsträgern (12, 13) der Karosserie ausgebildet und mit diesen strukturell verbindbar ist, wobei der Querträger zumindest einen gegenüber einem Seitenrand (22, 30) vertieften Bodenabschnitt (26) aufweist, welcher zusammen mit zumindest einer daran angrenzenden Seitenwand (24, 26) zumindest einen Stauraum (36) zur Aufnahme von Gegenständen (40) bildet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Querträger einer Kraftfahrzeugkarosserie sowie eine hiermit ausgestattete Kraftfahrzeugkarosserie.
Hintergrund
Kraftfahrzeugkarosserien, insbesondere selbsttragende Karosserien stellen lastaufnehmende sowie lastübertragende Strukturen bereit, um einerseits die Gewichtskraft des Kraftfahrzeugs möglichst gleichmäßig auf die Fahrzeugräder zu verteilen und um andererseits etwaige, auf das Kraftfahrzeug extern einwirkende Kräfte in kontrollierter Art und Weise aufzunehmen und abzuleiten.
Kraftfahrzeugkarosserien sollen bevorzugt möglichst verwindungssteif, stabil und mechanisch belastbar ausgebildet sein und dabei ein möglichst geringes Eigengewicht aufweisen. Selbsttragende Kraftfahrzeugkarosserien weisen typischerweise zwei in Fahrzeugquerrichtung (y) voneinander beabstandete, jeweils sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckende Längsträgerstrukturen auf, die bevorzugt über mehrere, sich im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung (y) erstreckende Querträger miteinander verbunden sind. Die Querträger dienen hierbei einer strukturellen sowie lastpfadübertragenden Kopplung der im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Längsträger.
Mittels eines oder mehrerer Querträger sollen etwaige, zum Beispiel bei einem Seitenaufprall auftretende Querkräfte in definierter Art und Weise absorbiert und/oder in gegenüberliegende, dem Aufprall abgewandte Bereiche der Kraftfahrzeugkarosserie kontrolliert abgeleitet werden. Von daher sind gängige Querträger als ein im Querschnitt geschlossenes Hohlprofil ausgebildet, welches sich zwischen in Fahrzeugquerrichtung (y) voneinander beabstandeten Längsträgern erstreckt.
Derartige Hohlprofile von Querträgern einer Kraftfahrzeugkarosserie sind jedoch im Hinblick auf eine effiziente Ausnutzung des im Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraums nachteilig. Ein geschlossenes Hohlprofil nimmt vergleichsweise viel Platz ein und verringert den im Kraftfahrzeug generell zur Verfügung stehenden Stauraum.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen hinsichtlich der Bauraumunterteilung eines Kraftfahrzeugs verbesserten Querträger bereitzustellen, welcher ein vergleichsweise geringes Maß an Bauraum einnimmt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen
Diese Aufgabe wird mit einem Querträger gemäß Patentanspruch 1 sowie mit einer Kraftfahrzeugkarosserie gemäß Patentanspruch 5, schließlich mit einem Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 10 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jeweils Gegenstand abhängiger Patentansprüche sind.
Insoweit ist ein Querträger einer Kraftfahrzeugkarosserie vorgesehen, welcher zur Bildung einer lastübertragenden Verbindung zwischen zwei, bevorzugt in Fahrzeugquerrichtung (y) beabstandet zueinander liegenden Längsträgern der Karosserie ausgebildet ist. Der Querträger ist dabei mit den gegenüberliegenden Längsträgern strukturell, das heißt lastübertragend verbindbar, sodass mittels des Querträgers etwaige im Fall eines Seitenaufpralls oder einer entsprechenden seitlichen Intrusion in die Karosserie oder bei einer Durchbiegung oder Verwindung der Karosserie, entsprechende Querkräfte auf einen gegenüberliegenden Längsträger oder auf andere Strukturen abgeleitet werden können.
Der Querträger weist ferner zumindest einen gegenüber einem Seitenrand vertieften Bodenabschnitt auf, welcher zusammen mit zumindest einer daran angrenzenden Seitenwand des Querträgers zumindest einen Stauraum zur Aufnahme von Gegenständen bildet. Der Querträger weist bevorzugt einen umtaufenden Seitenrand oder mehrere Seitenränder auf, die über entsprechende Seitenwände in einen, bezogen auf die Fahrzeughochrichtung (z) vertieft hierzu liegenden Bodenabschnitt übergehen. Seitenränder, Seitenwände und Bodenabschnitt können hierbei weitgehend einteilig oder einstückig ausgebildet sein, wobei der Querträger bevorzugt als Blechformteil ausgebildet ist. Es ist ferner denkbar, dass der Querträger einen mehrteiligen Aufbau aufweist, wobei die Seitenwand oder wobei mehrere Seitenwände mit dem Bodenabschnitt und ggf. mit an die Seitenwand angrenzenden Seitenrändern gesondert verbunden ist bzw. sind.
Indem der Querträger einen gegenüber seinen bevorzugt als Anbindungsflansch ausgebildeten Seitenrändern einen vertieften Bodenabschnitt aufweist, ist er von oben zugänglich ausgebildet und bietet aufgrund seiner muldenartigen Kontor zusätzlichen Stauraum zur Aufnahme von Gegenständen, insbesondere von Kraftfahrzeugkomponenten, wie etwa Fahrzeugbatterie und/oder Kraftstofftank.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Querträger eine muldenartige Formgebung aufweist und zur Aufnahme zumindest einer Kraftfahrzeugkomponente ausgebildet ist. Die muldenartige Vertiefung des Querträgers kann insbesondere zur Aufnahme von Kraftfahrzeugbatterien sowie zur Aufnahme von Akkumulatoren oder Batteriemodulen für einen etwaigen Elektroantrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs ausgebildet sein. Ferner kann der Querträger insbesondere im Bereich seines Bodenabschnitts oder innenseitig an zumindest einer Seitenwand Befestigungsstrukturen zur Fixierung der am oder im Querträger aufzunehmenden Kraftfahrzeugkomponenten aufweisen.
In Weiterbildung hiervon ist ferner vorgesehen, dass der Querträger mit zumindest einem Seitenrand mit einer Unterseite oder Innenseite gegenüberliegender Längsträger der Kraftfahrzeugkarosserie verbindbar ist. So kann der Querträger zum Beispiel an die Unterseite der angrenzenden Längsträger befestigt, bevorzugt hiermit verschweißt oder verschraubt werden. Auch kann nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen werden, dass zumindest eine den Stauraum begrenzende Seitenwand, insbesondere eine die Längserstreckung des Querträgers im Wesentlichen begrenzende Stirnwand strukturell mit zumindest einem Längsträger verbindbar ist. Die Stirnwand des Querträgers kann hierbei zum Beispiel unmittelbar an eine nach innen gerichtete Seitenwand des Querträgers angrenzen und mit dieser strukturell verbunden werden.
Nach einem weiteren unabhängigen Aspekt ist ferner eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit zwei im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung (y) voneinander beabstandeten, sich jeweils im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckenden Längsträgern vorgesehen, die mittels zumindest eines zuvor beschriebenen Querträgers strukturell sowie lastübertragend miteinander verbunden sind. Indem der Querträger eine muldenartige Vertiefung aufweist, kann er zur Maximierung von im Kraftfahrzeug effektiv zur Verfügung stehendem und nutzbarem Bauraum dienen, ohne hierbei das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs wesentlich zu erhöhen. Der Querträger ist hierbei im Querschnitt etwa U-profilartig sowie nach oben, in Fahrzeughochrichtung (z) betrachtet, im Wesentlichen offen, das heißt von oben zugänglich ausgebildet, um insbesondere die am oder im Kraftfahrzeug mitzuführenden Komponenten, wie zum Beispiel Batterien am oder im Querträger anzuordnen und dort zu befestigen. Zusammen mit dem Seitenrand oder den Seitenrändern kann der Querträger auch eine im Querschnitt hutprofilartige Kontur aufweisen.
Es kann hierbei nach einer weiteren Ausgestaltung insbesondere vorgesehen werden, dass sich der vom Querträger bereitgestellte Stauraum in etwa in Höhe der Längsträger erstreckt. Das heißt, bezogen auf die Fahrzeughochrichtung (z) erstreckt sich der zumindest eine Querträger in derselben Ebene, in welcher auch die angrenzenden Längsträger verlaufen. Indem der Querträger weitgehend versatzfrei zu den angrenzenden Längsträgern ausgebildet und angeordnet ist, können etwaige in die Längsträger eingeleiteten Querkräfte vergleichsweise gut absorbiert und z. B. in einen jeweils gegenüberliegenden Querträger abgeleitet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass die Seitenränder, etwa als randseitige Verbindungsflansche des Querträgers im Wesentlichen flächenbündig zu zumindest einem in Fahrzeuglängsrichtung (x) sich angrenzenden Bodenblech zu liegen kommen. Insoweit kann der Querträger, von oben betrachtet, eine muldenartige Vertiefung zwischen zwei, etwa in Fahrzeuglängsrichtung (x) an den Querträger angrenzenden Bodenblechen bereitstellen. Die beiden an gegenüberliegenden Seiten des Querträgers angeordneten Bodenbleche können in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Dabei kann insbesondere vorgesehen werden, dass sich der Querträger in Fahrzeuglängsrichtung (x) zwischen einem heckseitigen Bodenblech und einem, etwa als Fersenblech ausgebildeten Bodenblech erstreckt. Bezogen auf die Gesamt-Fahrzeuggeometrie ist der vorliegende Querträger bevorzugt als hinterer Querträger ausgebildet, der in etwa im Bereich von hinteren Radhäusern oder Federbeinaufnahmen der Karosserie zu liegen kommt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann ferner vorgesehen werden, dass die insbesondere in Fahrzeugquerrichtung (y) liegenden Seitenwände oder Stirnflächen des Querträgers strukturell mit innenliegenden Seitenwänden der jeweils angrenzenden Längsträger verbunden sind. Die entsprechenden Seitenwände oder Stirnflächen des Querträgers können dabei insbesondere mit den innenliegenden Seiten der angrenzenden Längsträger verschweißt oder mit diesen verschraubt sein. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass der Querträger auch angrenzend an die stirnseitigen Seitenwände zumindest einen, bevorzugt mehrere, etwa umlaufend um das Querschnittsprofil des Querträgers ausgebildete Befestigungsflansche aufweist, die mit Erreichen einer End-Einbauposition bevorzugt vollflächig mit der jeweils angrenzenden, innenliegenden Seitenwand der Längsträger strukturell verbunden, bevorzugt verschweißt ist.
Schließlich ist nach einem weiteren nebengeordneten Aspekt ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen (Pkw) vorgesehen, welcher eine zuvor beschriebene Karosserie bzw. zumindest einen zuvor beschriebenen Querträger aufweist.
Es sei an dieser Stelle ferner angemerkt, dass sämtliche in Bezug auf den Querträger genannten Merkmale gleichermaßen für die Karosserie als auch für das Kraftfahrzeug sowie umgekehrt Gültigkeit haben.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Ziele, Vorteile sowie Anwendungsmöglichkeiten werden in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines heckseitigen Ausschnitts einer Kraftfahrzeugkarosserie,
2 eine perspektivische Darstellung der heckseitigen Karosseriestruktur von schräg unten betrachtet,
3 einen Querschnitt einer Querträgeranbindung gemäß 2 in der y-z-Ebene und
4 einen vergleichbaren Querschnitt durch einen an einer Innenseite eines Längsträgers angrenzenden Querträger.
Detaillierte Beschreibung
Die in den 1 und 2 lediglich ausschnittsweise dargestellte Kraftfahrzeugkarosserie 10 weist zwei sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckende und in Fahrzeugquerrichtung (y) voneinander beabstandete Längsträger 12, 13 auf, die mittels eines Querträgers 20 strukturell, das heißt last- sowie lastpfadübertragend miteinander verbunden sind. Zwischen den Längsträgern 12, 13 erstrecken sich ferner zwei Bodenbleche 14, 18, welche in Fahrzeuglängsrichtung (x) an die Querträger 20 angrenzen. Der Querträger 20 weist eine muldenartige Kontur und Geometrie mit vorderen und hinteren Seitenwänden 24 sowie mit einer stirnseitigen Seitenwand 28 auf, die nach oben, in Fahrzeughochrichtung (z) betrachtet, in einen umlaufenden Randabschnitt 22, 30, 22, welcher als Befestigungsflansch ausgebildet ist, übergehen.
Andern Ends, das heißt nach unten hin, sind die Seitenwände 24, 22 mit einem Bodenabschnitt 26 verbunden, welcher in Fahrzeughochrichtung (z) betrachtet, gegenüber dem umlaufenden Rand 22, 30, 22 als Vertiefung ausgebildet ist und demgemäß als Stauraum 36 zur Aufnahme von Kraftfahrzeugkomponenten oder von im Kraftfahrzeug mitzuführenden Gegenständen 40, etwa eines oder mehrerer Batteriemodule ausgebildet ist.
Wie in 2 gezeigt, grenzt der Querträger 20 mit seinen umlaufenden Randabschnitten 22, 30, 22 an eine Unterseite 32 des Längsträgers 12 an. Dabei kommen die in Fahrzeuglängsrichtung (x) liegenden Randabschnitte 22, welche als Anbindungsflansch ausgebildet sind, in etwa flächenbündig zu den angrenzenden Bodenblechen 14, 18 zu liegen. Alternativ zu der in 2 gezeigten Ausgestaltung ist ferner denkbar, dass stirnseitige, das heißt in Fahrzeugquerrichtung (y) liegende Seitenwände 28 des Querträgers 20 unmittelbar an jeweils innenliegende Seitenwände 38 der zueinander gegenüberliegenden Querträger 12, 13 angrenzen und dort mit diesen strukturell verbunden werden. Dabei ist insbesondere denkbar, dass auch die stirnseitige Seitenwand 28 mit der jeweiligen Formgebung angrenzender Längsträger 12, 13 korrespondierenden Befestigungsflanschabschnitten versehen ist, um eine möglichst verwindungssteife strukturelle Kopplung von Längsträgern 12, 13 und dem zumindest einen Querträger 20 bereitzustellen.
Ferner ist in 2 gezeigt, dass das in Fahrtrichtung (x) hintenliegende, etwa heckseitige Bodenblech 14 eine weitere Vertiefung in Form einer Ersatzradmulde 16 aufweist. Diese kann in etwa einer mit dem Querträger korrespondierenden Ebene bezogen auf die Fahrzeughochrichtung (z) zu liegen kommen.
3 zeigt schließlich einen Querschnitt durch den in 2 dargestellten Querträger in einer von Fahrzeughochachse (z) und Fahrzeugquerachse (y) gebildeten y-z-Ebene. Der Querträger 20 kommt hierbei an einer Unterseite 32 eines Längsträgers 12 zu liegen und ist dort im Bereich eines randseitigen Flanschabschnitts 30 mit dem Längsträger 12 verschweißt.
4 zeigt eine hiervon abweichende Ausgestaltung bei welcher der Querträger 20 an einer inneren Seitenwand 38 des Längsträger 12 abstützend zu liegend kommt und dort mittels eines Schweißflansches 30 mit der Innenseite der Längsträgers verbunden, bevorzugt verschweißt ist.
Entsprechend der jeweiligen Lage des Querträgers 20 in Fahrzeughochrichtung (z) kann auch ein in darüber liegendes, bzw. in Fahrzeughochrichtung (z) zum Bodenabschnitt 26 des Querträgers 20 versetztes Bodenblech 14 in unterschiedlicher Höhe (z) an den gegenüberliegenden Längsträgern 12, 13 angeordnet sein. In der Ausgestaltung gemäß 4 ist die Höhe der vom Querträger 20 bereit gestellten Aufnahme durch die Bauhöhe des Längsträgers 12 vorgegeben.
In der Ausgestaltung der 3 hingegen kann ein an den Querträger 20 angrenzendes Bodenblech 14 auch an einen unteren Rand eines Längsträgers 12 angrenzend und somit im Vergleich zu einer Ausgestaltung gemäß 4 weitaus tiefer liegend im Fahrzeug angeordnet sein.
Die dargestellten Ausführungsformen zeigen lediglich mögliche Ausgestaltung der Erfindung zu welcher weitere zahlreiche Varianten denkbar und im Rahmen der Erfindung sind. Die exemplarisch gezeigten Ausführungsbeispiele sind in keiner Weise hinsichtlich des Umfangs, der Anwendbarkeit oder der Konfigurationsmöglichkeiten der Erfindung als einschränkend auszulegen. Die vorliegende Beschreibung zeigt dem Fachmann lediglich eine mögliche Implementierung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels auf. So können an der Funktion und Anordnung von beschriebenen Elementen vielfältigste Modifikationen vorgenommen werden, ohne hierbei den durch die nachfolgenden Patentansprüche definierten Schutzbereich oder dessen Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Karosserie
12: Längsträger
13: Längsträger
14: Bodenblech
16: Ersatzradmulde
18: Bodenblech
20: Querträger
22: Randabschnitt
24: Seitenwand
26: Bodenabschnitt
28: Seitenwand
30: Seitenrand
32: Unterseite
34: Seitenwand
36: Stauraum
38: Seitenwand
40: Gegenstand

Claims

Querträger einer Kraftfahrzeugkarosserie, welcher zur Bildung einer lastübertragenden Verbindung zwischen zwei Längsträgern (12, 13) der Karosserie ausgebildet und mit diesen strukturell verbindbar ist, wobei der Querträger zumindest einen gegenüber einem Seitenrand (22, 30) vertieften Bodenabschnitt (26) aufweist, welcher zusammen mit zumindest einer daran angrenzenden Seitenwand (24, 26) zumindest einen Stauraum (36) zur Aufnahme von Gegenständen (40) bildet.
Querträger nach Anspruch 1, welcher eine muldenartige Formgebung aufweist und zur Aufnahme zumindest eines als Kraftfahrzeugkomponente, etwa als Batterie ausgebildeten Gegenstands (40) ausgebildet ist.
Querträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher mit zumindest einem Seitenrand (22, 30) mit einer Unterseite (32) oder einer Innenseite des Längsträgers (12, 13) verbindbar ist.
Querträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine den Stauraum (36) des Querträgers begrenzende Seitenwand (28) strukturell und unmittelbar mit zumindest einem Längsträger (12, 13) verbindbar ist.
Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit zumindest zwei in Fahrzeugquerrichtung (y) voneinander beabstandeten, sich jeweils im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckenden Längsträgern (12, 13), die mittels eines Querträgers (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche strukturell und lastübertragend miteinander verbunden sind.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 5, wobei sich der Stauraum (36) des Querträgers (20) in der von den Längsträgern (12, 13) gebildeten Ebene erstreckt.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Seitenränder (22, 30) des Querträgers (20) im Wesentlichen flächenbündig zu zumindest einem in Fahrzeuglängsrichtung (x) an den Längsträger (12, 13) angrenzenden Bodenblech (14, 18) zu hegen kommen.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei sich der Querträger (20) in Fahrzeuglängsrichtung (x) betrachtet, zwischen einem heckseitigen Bodenblech (14) und einem als Fersenblech ausgebildeten Bodenblech (18) erstreckt.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 8, wobei zumindest eine in Fahrzeugquerrichtung (y) liegende Seitenwand (28) des Querträgers (20) strukturell und lastübertragend mit zumindest einer innenliegenden Seitenwand (38) zumindest eines Längsträgers (12, 13) verbunden ist.
Kraftfahrzeug mit einer Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 9 oder mit zumindest einem Querträger (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4.