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1. WO2020104105 - VORBAUSTRUKTURANORDNUNG FÜR EINEN KRAFTWAGENROHBAU

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Vorbaustrukturanordnung für einen Kraftwagenrohbau

Die Erfindung betrifft eine Vorbaustrukturanordnung für einen Kraftwagenrohbau gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 1 1 2013 001 681 T5 geht eine Vorbaustrukturanordnung hervor, bei der eine Vorbaustruktur des Kraftwagenrohbaus zwei in Fahrzeuglängsrichtung parallel zueinander und in einem Abstand voneinander verlaufende Längsträger umfasst, welche an ihren vorderen Enden über einen Querträger miteinander verbunden sind. Weiterhin umfasst die Vorbaustrukturanordnung einen am Kraftwagenrohbau befestigten

Hilfsrahmen, welcher unterhalb der Längsträger angeordnet ist und welcher ein vorderes und hinteres Querelement sowie jeweilige Längselemente umfasst, welche in

Fahrzeuglängsrichtung von hinten nach vorne hin voneinander divergieren und zumindest bereichsweise schräg zu den Längsträgern der Vorbaustruktur verlaufen. Mit ihren jeweiligen vorderen Endbereichen schließen die beiden Längselemente des Hilfsrahmens dabei - in Fahrzeughochrichtung betrachtet - in Überdeckung mit den Längsträgern der Vorbaustruktur nach außen hin ab.

Aus der DE 10 2008 006 006 A1 geht ein Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug hervor, welcher seitliche und in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Längsträger sowie ein plattenartiges Aussteifungselement umfasst, das von unten auf den Hilfsrahmen aufgesetzt ist und diesen allseitig zumindest teilweise überragt.

Aus der DE 10 2008 006 006 A1 geht weiterhin ein Hilfsrahmen für eine Vorderachse eines Kraftfahrzeugs hervor, der bodenseitig des Fahrzeugaufbaus angeordnet und mit einem Vorderachsquerträger und der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, wobei der Hilfsrahmen divergierend zueinander angestellte Längsträger umfasst, die am hinteren Ende - in Bezug auf die Fahrtrichtung gesehen - mit einem plattenförmigen

Versteifungselement verbunden sind.

Durch die zunehmende Vielfalt an Antriebsaggregaten von Kraftwagen ergeben sich viele unterschiedlichen Bauraumsituationen im Bereich der Vorbaustruktur, wodurch das Unfallverhalten unterschiedlicher Vorbaustrukturanordnungen erheblich variieren kann. Insbesondere Frontalkollisionen mit geringer Breitenüberdeckung der Unfallpartner beziehungsweise der Vorbaustrukturanordnung mit einer Crashbarriere oder auch ein Schrägaufprall auf einen Unfallgegner oder eine Crashbarriere, insbesondere mit geringer oder gar keiner Überdeckung der Vorbautragstruktur mit derjenigen des Unfallgegners/Hindernisses sind hinsichtlich des Unfallverhaltens bislang nur mit erheblichen anderweitigen Maßnahmen beherrschbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorbaustrukturanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche sich deren Unfallverhalten insbesondere bei Frontalkollisionen mit geringer oder gar keiner Überdeckung der Vorbaustruktur mit einem Unfallgegner oder einem Hindernis sowie bei einem Schrägaufprall der

Vorbaustruktur auf einen Unfallgegner oder ein sonstiges Hindernis deutlich verbessern lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorbaustrukturanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Vorbaustrukturanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass vordere Endbereiche der Längselemente des Hilfsrahmens die Längsträger der

Vorbaustruktur in Fahrzeugquerrichtung außenseitig überragen. Mit anderen Worten sind die vorderen Endbereiche der Längselemente des Hilfsrahmens so angeordnet, dass diese im Unterschied zum Stand der Technik bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung nicht außenseitig in Überdeckung mit Längsträgern der Vorbaustruktur enden, sondern vielmehr überragen die Längselemente des Hilfsrahmens die entsprechenden

Längsträger der Vorbaustruktur in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin. Aus der Fahrzeughochrichtung betrachtet, das heißt in Draufsicht auf den Vorbau des

Kraftwagens gesehen, ragen somit die Längselemente des Hilfsrahmens in

Fahrzeugquerrichtung seitlich, das heißt in Kraftwagenquerrichtung (y-Richtung) weiter nach außen als die seitlich jeweils zugeordneten Längsträger der Vorbaustruktur.

Durch diese erfindungsgemäße Anordnung der vorderen Endbereiche der

Längselemente wird insbesondere erreicht, dass bei Frontalkollisionen der

Vorbaustruktur mit einem Unfallpartner oder einem Hindernis mit geringer

Breitenüberdeckung, aber auch bei gar keiner Breitenüberdeckung oder bei einem Schräganprall auf ein Hindernis beziehungsweise einen Unfallpartner, bei welchem der jeweils seitlich korrespondierende Längsträger nicht getroffen und aktiviert wird, die durch die vorderen Endbereiche der Längselemente des Hilfsrahmens gebildete

Schutzeinrichtung sehr frühzeitig unfallbedingte Aufprallenergie aufnimmt, was einerseits bei einer Deformation des Hilfsrahmens zu einer Energieabsorption führt und auch zu einer Verzögerung des Kraftwagens und andererseits bewirkt, dass über diese die Aufprallenergie auf den Hilfsrahmen und über dessen Anbindung an der Vorbaustruktur sowohl auf der stoßzugewandten Fahrzeugseite als auch auf der stoßabgewandten Fahrzeugseite an die Längsträger der Vorbaustruktur übertragen wird und gleichzeitig ein Impuls in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) erzeugt wird, der das Fahrzeug im Verlauf der Kollision in Richtung der stoßabgewandten Fahrzeugseite bewegt. Durch die somit verbesserte Kräfteaufnahme wird einerseits die eingeleitete Aufprallenergie auf verbesserte Weise absorbiert und außerdem genutzt, um das Fahrzeug von dem Unfallgegner beziehungsweise dem Hindernis zu bewegen, um hierdurch übermäßige Intrusionen in die Fahrgastzelle zu vermeiden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft gezeigt, wenn die vorderen Endbereiche der Längselemente des Hilfsrahmens - in

Fahrzeugquerrichtung gesehen - in zumindest teilweiser Überdeckung mit einem seitlich korrespondierenden Vorderrad des Kraftwagens angeordnet sind. Hierdurch wird insbesondere bei einer Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung, bei welcher zwar das Vorderrad, nicht jedoch der Längsträger der Vorbaustruktur vom

Kollisionspartner getroffen und aktiviert wird, eine übermäßige Rückverlagerung des Vorderrads in Richtung der Fahrgastzelle mit einer damit verbundenen Intrusion verhindert.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Endbereiche der der

Längselemente des Hilfsrahmens - in Fahrzeuglängsrichtung gesehen - in zumindest teilweiser Überdeckung mit jeweiligen, gegenüber den korrespondierenden Längsträgern außenseitig überstehenden Endbereichen des Querträgers angeordnet sind. Die Längselemente des Hilfsrahmens ergänzen somit insbesondere bei einer Frontalkollision der Vorbaustrukturanordnung mit einem Unfallgegner oder einen Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung die Funktion der Endbereiche des Querträgers, welcher seitlich gegenüber dem korrespondierenden Längsträger übersteht, in optimaler Weise die Längsträger der Vorbaustruktur.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das hintere Querelement des Hilfsrahmens zumindest teilweise durch einen Vorderachsträger gebildet ist. Somit erfüllt dieser eine Doppelfunktion, was sich besonders auf die

Herstellungskosten und das Gewicht des Fahrzeugs äußerst günstig auswirkt.

In diesem Zusammenhang hat es sich als weiter vorteilhaft gezeigt, wenn der

Vorderachsträger an den Längsträgern der Vorbaustruktur und im Bereich eines

Fahrzeugbodens und/oder einer Stirnwand der Fahrgastzelle befestigt ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders günstige Abstützung des Vorderachsträgers und somit auch des gesamten Hilfsrahmens, um unfallbedingt eingeleitete Kräfte besonders günstig aufnehmen und übertragen zu können.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Vorderachsträger als flächiges Tragelement ausgebildet ist. Das Tragelement weist ein geringes Gewicht und dennoch eine hohe Stabilität auf, um unfallbedingt eingeleitete Kräfte besonders günstig aufnehmen und übertragen zu können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der Vorderachsträger und die

Längselemente des Hilfsrahmens als separate Bauteile ausgebildet, welche miteinander über jeweilige Fügeverbindungen und/oder mechanische Verbindungsmittel verbunden sind. Hierdurch lässt sich eine fertigungstechnisch und hinsichtlich der Kosten besonders günstige Baueinheit schaffen.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Hilfsrahmen eine untere

Längsträgerebene unterhalb der Hauptlängsträgerebene der Längsträger bildet. Auf diese Weise lassen sich unfallbedingt eingeleitete Kräfte besonders günstig über mehrere Lastebenen aufnehmen.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das vordere Querelement des Hilfsrahmens über jeweilige Haltekonsolen an den Längsträgern befestigt ist. Somit wird auf optimale Weise eine entsprechende Abstützung des Hilfsrahmens an der

Vorbaustruktur erreicht, sodass der Hilfsrahmen beispielsweise bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung nicht durch Einknicken oder dergleichen kollabieren kann.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorbaustrukturanordnung für einen Kraftwagenrohbau mit einer Vorbaustruktur, welche zwei sich in

Fahrzeuglängsrichtung erstreckende und über einen Querträger miteinander verbundene Längsträger umfasst, sowie einen unterhalb der Längsträger an der Vorbaustruktur angeordneten Hilfsrahmen, welcher jeweilige Längselemente umfasst, welche in Fahrzeuglängsrichtung von hinten nach vorne hin voneinander divergieren und jeweilige vordere Endbereiche umfassen, welche gegenüber den Längsträgern der

Vorbaustruktur in Fahrzeugquerrichtung außenseitig überstehen;

Fig. 2 eine Unteransicht auf die Vorbaustrukturanordnung gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Seitenansicht auf die Vorbaustrukturanordnung gemäß den Fig. 1 und 2, wobei insbesondere die Höhenlage des Hilfsrahmens unterhalb der Vorbaustruktur erkennbar ist;

Fig. 4a, b eine Draufsicht sowie eine Unteransicht auf eine Vorbaustrukturanordnung für einen Kraftwagenrohbau analog zu den Fig. 1 beziehungsweise 2; und in den

Fig. 5a, b jeweilige Seitenansichten auf die Vorbaustrukturanordnung gemäß den

Fig. 4a und 4b mit dargestelltem Vorderrad beziehungsweise bei weggelassenem Vorderrad.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In den Fig. 1 bis 3 ist in einer Draufsicht sowie einer Seitenansicht eine

Vorbaustrukturanordnung für einen Personenkraftwagen dargestellt. Von einer

Vorbaustruktur 10 sind im Wesentlichen jeweilige Hauptlängsträger 12, 14 erkennbar, welche sich exakt oder zumindest annähernd parallel zueinander ausgehend von einer vorderen Stirnwand 16 einer Fahrgastzelle 18 in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) nach vorne hin erstrecken. Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Vorbaustrukturanordnung können die Längsträger, welche häufig auch als

Hauptlängsträger bezeichnet werden, in einer leicht V-förmigen Anordnung angeordnet sein und damit also divergierend zueinander verlaufen.

Die beiden Längsträger 12, 14 weisen an ihren vorderen Enden jeweilige

Energieabsorptionselemente 20 auf, über welche die beiden Längsträger 12, 14 mit einem Querträger 22 verbunden sind. Der Querträger 22 ist vorliegend als

Stoßfängerquerträger ausgebildet, der gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorbaustrukturanordnung hier gemeinsam mit den Energieabsorptionselementen 20 einem Frontmodul zugeordnet ist, welches an den vorderen Enden der Längsträger 12, 14 befestigt wird.

Vom Kraftwagenrohbau sind weiterhin jeweilige Seitenwände 24 im Bereich

entsprechender Türsäulen (A-Säulen) dargestellt, welche mit der Stirnwand 16 verbunden sind. An der Stirnwand 16 sind auch obere Längsträger 26 einer oberen Längsträgerebene Zo abgestützt, welche im Bereich von Rohbauteilen 28 und

Dämpferdome 30 angeordnet sind und sich dort in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) erstrecken. Die oberen Längsträgers 26 sind über die Rohbauteile 28 mit den

Hauptlängsträgern 12, 14 verbunden sind. Wie in der Fig. angedeutet, sind die

Rohbauteile 28 in den jeweiligen Dämpferdom 30 beziehungsweise

Federbeinaufnahmen für die korrespondierenden, durch gestrichelte Linien

angedeuteten Vorderräder 32 integriert.

Neben der Vorbaustruktur 10 umfasst die Vorbaustrukturanordnung einen Hilfsrahmen 34, welcher sich - wie dies insbesondere aus Fig. 3 erkennbar ist - in einer unteren Längsträgerebene Zu unterhalb der Längsträgerebene Z mit den Längsträgern 12, 14 erstreckt.

Aus den Fig. 1 und 2 ist dabei insbesondere erkennbar, dass der Hilfsrahmen 34 ein vorderes Querelement 36 und ein hinteres Querelement 38 umfasst, sowie jeweilige Längselemente 40, 42, welche in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) von hinten nach vorne hin hier kontinuierlich voneinander divergieren. Dies bedeutet, dass die beiden Längselemente 40, 42, welche sich im Wesentlichen jeweils gradlinig erstrecken, insgesamt in einer V-förmigen Anordnung divergierend zueinander verlaufen. In Folge des Verlaufs der beiden Längselemente 40, 42 des Hilfsrahmens 34 verlaufen diese auch zumindest bereichsweise schräg zu den Längsträgern 12, 14 der Vorbaustruktur 10 beziehungsweise kreuzen diese in einem mittleren Längenbereich in

Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) betrachtet etwa auf Höhe des vorderen Endes des jeweils seitlich zugehörigen Rohbauteils 28.

Durch den schrägen, nach vorne hin divergierenden Verlauf der beiden Längselemente 40, 42 überragen diesen jeweils zugehörige vordere Endbereiche 44, 46 die Längsträger 12, 14 beziehungsweise deren vorderen Endbereiche in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) außenseitig, und zwar um ein jeweiliges Maß DUi beziehungsweise DU2. Die beiden Endbereiche 44, 46 der Längselemente 38, 40 weisen dabei jeweilige vordere Stirnseiten 48, 50 auf, welche sich hier bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen und damit idealerweise parallel zu einer in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) erstreckenden y-z-Ebene verlaufen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Vorbaustrukturanordnung können die Stirnseiten 48, 50 auch schräg zur vorgenannten Ebene verlaufen. Wie aus den Figuren ersichtlich, erstrecken sich die Stirnseiten 48, 50 dabei in einer Ebene beziehungsweise - bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) - auf einer Höhe mit einer Vorderseite 52 des vorderen Querelements 36. Die Vorderseite 52 des Querelements 36 schließt demzufolge vorliegend bündig mit den Stirnseiten 48, 50 der beiden Längselemente 40, 42 ab. Die Trennung zu den Längselementen könnte auch an der Hinterkante des Querelements liegen.

In Fig. 2 ist zu erkennen, dass das hintere Querelement 38 des Hilfsrahmens 34 vorliegend durch einen Vorderachsträger 54 gebildet ist, welcher seinerseits unter Vermittlung jeweiliger Befestigungsstellen 56 am seitlich jeweils korrespondierenden Längsträger 12, 14 der Vorbaustruktur 10 sowie in einem rückwärtigen Bereich an einem Fahrzeugboden 58 beziehungsweise an der vorderen Stirnwand 16, welche im Bereich eines Pedalbodens in den Fahrzeugboden 58 übergeht, befestigt ist. Über den

Vorderachsträger 54 kann somit eine zusätzliche Verbindung zwischen den

Vorbaustruktur 10 und der Bodengruppe des Fahrzeugs erfolgen.

Der Vorderachsträger 54 ist im vorliegenden Fall als flächiges Tragelement ausgebildet, welches beispielsweise mehrschalig aus Blechbauteilen oder auch in einer

Gusskonstruktion gefertigt sein kann. Der Vorderachsträger 54 und die Längselemente 40, 42 des Hilfsrahmens 34 sind hier als separate Bauteile ausgebildet, welche miteinander über jeweilige Fügeverbindungen und/oder mechanische Verbindungsmittel, hier beispielsweise jeweilige Anbindungen 60, miteinander verbunden sind.

Insbesondere aus den Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, dass die Endbereiche 44, 46 der Längselemente 40, 42 des Hilfsrahmens 34 bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) um ein etwa identisches Maß, nämlich den Betrag DUi beziehungsweise DU2 nach außen über die Längsträger 12,14 überstehen. Dabei befinden sind die

Endbereiche 44, 46 der Längselemente 40, 42 - in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) gesehen - in zumindest teilweiser Überdeckung mit den außenseitig in

Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) überstehenden Endbereichen 62, 64 des

Querträgers 22. Dabei erstrecken sich die Endbereiche 62, 64 des Querträgers 22 auf Höhe der mittleren Längsträgerebene Zu und die Endbereiche 44, 46 der Längselemente 40, 42 auf Höhe der unteren Längsträgerebene Zu, das bedeutet, dass die der

Querträger 22 und damit auch dessen Endbereiche 62, 64 einen Höhenversatz zu den Längselementen 40, 42 der Längselemente des Hilfsrahmens aufweist.

Die Längselemente 40, 42 erstrecken sich dabei in einem Winkel amax beziehungsweise ßmax relativ zu den korrespondierenden Längsträgern 12, 14.

Bei einer Frontalkollision des Kraftwagens beziehungsweise der

Vorbaustrukturanordnung mit einem jeweiligen, in den Fig. 1 und 2 dargestellten

Hindernis 66 mit geringer Breitenüberdeckung, bei der der entsprechend seitlich zugeordnete Endbereich 62, 64 des Querträgers 22 durch das Hindernis 66 getroffen wird, nicht jedoch der seitlich korrespondierende Längsträger 12, 14 der mittleren Längsträgerebene Z , wird erreicht, dass das Hindernis 66 nach dem Kollabieren beziehungsweise Wegknicken des jeweiligen Endbereichs 62, 64 des Querträgers 22 durch den dahinter angeordneten, seitlich korrespondierenden Endbereich 44, 46 des entsprechenden Längselements 40, 42 des Hilfsrahmens 34 abgefangen wird. Im Unterschied zum bisherigen Stand der Technik ist somit mit den Längselementen 40, 42 des Hilfsrahmens 34 eine Schutzeinrichtung geschaffen, mittels welcher Kollisionen der Vorbaustruktur 10 mit geringer Breitenüberdeckung mit dem entsprechenden Hindernis 66 dazu führen, dass dieses nicht übermäßig in die Vorbaustruktur 10 eindringen oder auf das Vorderrad 32 auftreffen kann, ohne dass der lastaufnehmende und

lastverteilende Endbereich 44, 46 des jeweiligen Längselements 40, 42 getroffen und beaufschlagt wird.

Der jeweilige Endbereich 44, 46 des Längselements 40, 42 des Hilfsrahmens 34 ist hierbei in zumindest teilweiser Überdeckung mit dem jeweils seitlich korrespondierenden Vorderrad 32 angeordnet, sodass beim Eindringen in die Vorbaustruktur 10 das jeweilige Vorderrad 32 nicht ungehindert getroffen werden kann. Ein weiterer Vorteil ist es, dass seitlich versetzt auftreffende Kollisionsobjekte wie das jeweilige Hindernis 66, welche die mittleren, vorderen Längsträger 12, 14 bei einem Aufprall nicht treffen und aktivieren würden, sehr frühzeitig durch die Längselemente 40, 42 auf Höhe der unteren

Längsträgerebene Zo verzögert werden können und über diese die Aufprallenergie auf den Querträger 36 und den Vorderachsträger 54 und über deren Anbindung sowohl auf der stoßzugewandten Fahrzeugseite als auch auf der stoßabgewandten Fahrzeugseite an die mittleren, vorderen Längsträger 12, 14 übertragen wird und gleichzeitig ein Impuls in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) erzeugt wird, der die Fahrgastzelle zur

stoßabgewandten Seite bewegt. Im Ergebnis können durch diese Maßnahmen insbesondere erhebliche Intrusionen in die Fahrgastzelle vermieden werden, und zwar insbesondere bei Frontalkollisionen mit dem Hindernis 66 mit geringer

Breitenüberdeckung.

In den Fig. 4a und 4b ist in einer Draufsicht sowie einer Unteransicht eine unmittelbar an einem Kraftwagenrohbau umgesetzte Vorbaustrukturanordnung erkennbar, wie diese im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 erläutert worden ist. Die Fig. 5a und 5b zeigen hierbei jeweilige Seitenansichten auf diese Vorbaustruktur mit entsprechendem

Vorderrad 32 beziehungsweise bei weggelassenem Vorderrad, wobei aus Fig. 4a und 4b eine Radhausverkleidung 68 erkennbar ist.