DE102004027170A1 - Kraftfahrzeug-Vorbaustruktur mit kollisionsoptimiertem Vorderachs-Integralträger - Google Patents

Abstract

Vorbaustruktur für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit zwei Front-Längsträgern (1) im Bereich des Motorraums zur Aufnahme und Ableitung von Kräften im Falle einer Frontalkollision und mit einem Vorderachs-Integralträger oder Fahrschemel (2) für die Vorderachsen der Vorderräder des Fahrzeugs, wobei die Front-Längsträger (1) mit als Kollisions-Gegenlager wirkenden, vorragenden Konsolen (3) versehen sind, welche in einem vordefinierten Abstand (k) zu den Vorderachs-Integralträgern (2) derart angeordnet sind, dass der Vorderachs-Integralträger (2) bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs mit einer Abstützfläche (4) der Vorderachs-Integralträger (2) zu deren Abstützung formschlüssig mit den Konsolen (3) in Eingriff gelangen können.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorbaustruktur für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit Front-Längsträgern und Vorderachs-Integralträgern bzw. Fahrschemeln im Bereich des Motorraums des Fahrzeugs gemäß den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
• Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorbaustruktur für Kraftfahrzeuge, welche hinsichtlich einer frontalen Kollision dahingehend optimiert ist, dass die innere Sicherheit der Insassen weiter verbessert ist. Bei einem Frontal-Crash von Fahrzeugen besteht eine erhöhte Gefahr für die Insassen in einer Fahrgastzelle des Fahrzeuges, wenn Bereiche oder Bauteile des vorderen Motorraums in die Fahrgastzelle eindringen bzw. diese stark verformen. Aus diesem Grund sind bekanntermaßen im Motorbereich der frontalen Karosserie Front-Längsträger vorgesehen, die zur Aufnahme und gegebenenfalls Ableitung von Kräften aufgrund der Kollision geeignet sind. Die Front-Längsträger sind hierbei derart mit der bodenseitigen Karosserie und deren Versteifungs-Trägern verbunden, dass auf sie wirkende frontale Kräfte unterhalb der Fahrgastzelle nach hinten hin abgeleitet werden. Für andere Elemente und Bauteile, die im Motorbereich an die Rohbau-Karosserie angefügt werden, besteht jedoch weiterhin eine Gefahr, dass diese bei einer starken Frontal-Kollision in die Fahrgastzelle durch die vordere Stirnwand der selbigen eindringen können. Dies kann zu erheblichen Verletzungen der Insassen führen.
• Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE-U1-81 34 227.6 ist eine Frontgruppe für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welcher zusätzlich zu den Längsseitenträgern im Motorraumbereich ein von unten her lösbar montierbarer Teilrahmen vorgesehen ist. Dieser im Wesentlichen H-förmige bodenseitige Teilrahmen dient der Befestigung des Antriebsaggregats und weist an seinen Befestigungs- bzw. Verschraubungs-Stellen Anschlagflächen auf, die in einem vorbestimmten Abstand zu Anschlagflächen an den Längsträgern montiert sind. Der Teilrahmen nimmt so zusätzlich zu den Längsträgern bei einer Frontalkollision Kräfte mit auf, sodass die eigentlichen Längsträger weniger verformungsstabil ausgebildet sein müssen und/oder die Befestigungsbolzen des Teilrahmens geringer dimensioniert werden können. Während hier die Verformung im Front-Bereich durch Teilnahme des Motorträger-Teilrahmens optimiert ist, ist das andere, oben angegebene Problem eines Eindringens insbesondere der Fahrschemel der Vorderachsen in die Fahrgastzelle hier nicht gelöst. Außerdem sind die Abstützflächen hier als L-förmige Blechabschnitte an die Träger angefügt, die sich leicht bei starker Krafteinwirkung selbst verformen.
• Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine kollisionsoptimierte Vorbaustruktur für eine Kraftfahrzeug-Karosserie bereitzustellen, bei welcher effektiv ein mögliches Eindringen von zusätzlich montierten Integralträgern der Vorderachse vermieden wird.
• Diese Aufgabe wird mit der Vorbaustruktur mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Vorbaustruktur für eine Kraftfahrzeug-Karosserie mindestens zwei Front-Längsträger im Bereich des Motorraums zur Aufnahme und Ableitung von Kräften im Falle einer Frontalkollision sowie einen Vorderachs-Integralträger für die Vorderachsen auf. Die Vorderachs-Integralträger oder Fahrschemel sind vorzugsweise durch Verschraubungen an der Vorbaustruktur montiert. Die erfindungsgemäße Vorbaustruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Front-Längsträger mit als Kollisions-Gegenlager wirkenden, vorragenden Konsolen versehen sind, welche in einem vordefinierten Abstand zu den Vorderachs-Integralträgern oder Fahrschemel derart angeordnet sind, dass die Vorderachs-Integralträger oder Fahrschemel bei einer Frontalkollision des Fahrzeuges mit einer gegenüberliegenden Abstützfläche der Vorderachs-Integralträger oder Fahrschemel zu deren Abstützung mit den Konsolen formschlüssig in Eingriff gelangen können. Unter Konsole wird vorliegend ein vorragender Abschnitt oder ein vorragendes Bauteil verstanden, welches im Verhältnis zu den Front-Längsträgern mindestens eine vorragende Abstützfläche aufweist. Die Vorderachs-Integralträger oder Fahrschemel sind im Verhältnis zu den mit einer Abstützfläche versehenen Konsolen am Front-Längsträger derart angeordnet, dass sie normalerweise (im nicht verformten Zustand) in einem vordefinierten Abstand zu den Abstützflächen an den Konsolen der Längsträger positioniert sind. Lediglich bei einer Frontalkollision und Verformung bis in den Bereich der Vorderachs-Integralträger oder Fahrschemel hinein wird dieser vorbestimmte Abstand aufgebraucht, sodass die Vorderachs-Integralträger oder Fahrschemel formschlüssig an den vorragenden Konsolen der den Motorraumbereich versteifenden Front-Längsträger in Anlage gelangen. Auf diese Weise wird ein Eindringen der Vorderachs-Integralträger oder Fahrschemel in die Fahrgastzelle wirksam vermieden. Die formschlüssige Anlage der Integralträger an der Abstützfläche der Längsträger leitet die Kollisionskräfte in die Längsträger ein und über diese ab. Ein zusätzlicher Kraftfluss wird über die Vorderachs-Integralträger oder Fahrschemel in die Längsträger aufgebaut, sodass die als separat montierten Integralträger auch an der Versteifung des vorderen Motorraums teilhaben und nicht selbst zu einer Gefahr für die Insassen des Fahrzeugs werden können. Insbesondere der Fußraum in der Fahrgastzelle für die Frontpassagiere ist dadurch zusätzlich vor hier möglicherweise eintauchenden Bauteilen geschützt. Die Vorderachs-Integralträger bzw. -Fahrschemel erhalten einen rammbockartigen Gegenhalt durch die vorragenden Abstütz-Konsolen an den Längsträgern zusätzlich zu deren Verschraubung. Die gegenüberliegenden Abstützflächen des Integralträgers und an der Konsole der Längsträger sind vorzugsweise im Wesentlichen in ihrer Flächenausdehnung gleich. Die Form der Abstützfläche an der Konsole entspricht im Wesentlichen derjenigen der Vorderachs-Integralträger, so dass eine möglichst großflächige Anlage im Kollisionsfall und damit eine gute Abstützung gewährleistet ist.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Konsolen mit den Abstützflächen der Längsträger im in Fahrtrichtung rückseitigen Bereich der Vorderachs-Integralträger als stufenförmig vorragende Abschnitte der Front-Längsträger selbst gebildet. Durch diese integrale Ausgestaltung von vorragenden Konsolen mit Abstützflächen an den Längsträgern ist die maximale Kraftaufnahme ohne Verformung erhöht, da die Stufenform als vorragender Körper selbst eine erhöhte Steifigkeit aufweist. Im Vergleich zu blechförmig vorragenden Abschnitten ist daher die Stärke der maximalen Kraftaufnahme hierdurch erhöht. Die Realisierung der stufenförmig vorragenden Konsole als Teil der Front-Längsträger kann einstückig mit diesen oder als angeschweißtes Element realisiert werden.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die vorragenden Konsolen der Front-Längsträger jeweils mit einer im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichteten stirnseitigen Abstützfläche versehen. Die Wirkung der frontalen Kollisionskräfte und damit der Bewegungskräfte von den Vorderachs-Integralträgern oder Fahrschemel ist im Wesentlichen längs des Fahrzeugs gerichtet, sodass eine quer dazu ausgerichtete Abstützfläche einen optimalen Gegenhalt für ein Verhindern eines Eindringens der Bauteile in die Fahrgastzelle bietet. Die stirnseitige Abstützfläche kann vorzugsweise in einem nach unten gekröpften Bereich der Front-Längsträger ausgebildet sein, sodass die Ableitung von Kollisionskräften, die auf die Abstützfläche auftreffen, durch rückseitige Längsabschnitte des Front-Längsträgers optimal aufgenommen werden kann.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Vorderachs-Integralträger mit einer stirnseitigen Kollisions-Abstützfläche an ihrem rückwärtigen Ende versehen. Die Kollisions-Abstützfläche der Integralträger ist vorzugsweise entsprechend der gegenüberliegenden Abstützfläche der Konsolen der Längsträger geformt. Die Größe und Abmessungen der jeweiligen Abstützflächen können aufeinander abgestimmt sein. Auf diese Weise ist der vorbestimmte Abstand zwischen den Abstützflächen gleichförmig. Das Vorsehen der Abstützfläche an der rückwärtigen Stirnseite des Vorderachs-Integralträgers oder Fahrschemel hat außerdem den Vorteil, dass die gesamte kinetische Energie des Vorderachs-Integralträgers frontal direkt aufgefangen wird und im Wesentlichen keine Querkräfte dabei entstehen. Außerdem wird hierdurch eine mögliche Verformung von vorragenden Blechabschnitten, die zur Abstützung vorgesehen sein können vermie den, so dass die Wirksamkeit der Verhinderung eines Eindringens der Integralträger in den Fußraum erhöht ist.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Abstützkonsolen der Längsträger in einem Bereich unterhalb einer frontalen Stirnwand der Fahrgastzelle des Fahrzeuges, insbesondere auf Höhe von bodenseitigen Seiten-Längsträger bzw. Türschwellen-Trägern, vorgesehen. Auf diese Art und Weise wird ein Kraftfluss unterhalb der Fahrgastzelle realisiert, sodass bei einem sehr starken Frontal-Crash dennoch die Verformung in einem Bereich unterhalb der Fahrgastzelle liegt – außerhalb des verletzungskritischen Fußraums der Insassen. Das Eindringen in die Fahrgastzelle wird somit jederzeit vermieden. Die Anordnung der Konsole auf Höhe von bodenseitigen Seiten-Längsträgern der Fahrzeug-Karosserie hat den Vorteil, dass durch diese eine zusätzliche rückwärtige Versteifung gegeben ist. Dadurch wird das Risiko einer Verformung der Fahrgastzelle weiter verringert.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Konsolen integral mit den Front-Längsträgern rohbaufest ausgebildet. Die integrale Ausbildung kann durch Verschweißen oder durch Biege- und Umformoperationen beim Herstellen der Längsträger selbst hergestellt werden. Alternativ hierzu können die Konsolen auch als tiefgezogene und/oder gebogene, mehrdimensionale Strukturblechteile geformt sein und an den Front-Längsträgern durch Schweißen oder durch jedes andere, dem Fachmann bekannte Füge-Mittel angefügt werden.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Konsolen mit den Front-Längsträgern formintegrierend verschweißt. Formintegrieren bedeutet vorliegend, dass die Oberflächen-Übergänge zwischen der Konsole und dem Front-Längsträger flächig und fließend sind – entsprechend der Form der Längsträger – und die Konsole somit nicht außen aufgesetzt ist, sondern formentsprechend integriert ist. Hierdurch ist die gezielte Krafteinleitung bei einer Abstützung an der Abstützfläche in die Längsträger weiter verbessert.
• Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung zu entnehmen, in welcher die Erfindung mehr im Detail in Bezug auf das in der beigefügten Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschrieben wird.
• In 1 ist in einer Perspektivansicht schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorbaustruktur ausschnittsweise dargestellt.
• Die Vorbaustruktur (nur einseitig in 1 gezeigt, jedoch beidseitig jeweils im Bereich der Vorderachsen entsprechend vorgesehen) weist seitlich im Motorbereich angeordnete Längsträger 1 auf, die sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Vorbaus im Motorbereich erstrecken. Die Längsträger 1 sind beispielsweise als Hohlprofil-Träger ausgebildet und dienen der Versteifung der Karosserie und zur Aufnahme und Ableitung von frontalen Kollisionskräften, die über einen Stoßfänger (nicht dargestellt) nicht abgefangen werden können. Die Längsträger 1 sind bei diesem Ausführungsbeispiel im rückwärtigen Bereich leicht nach unten hin abgekröpft, das heißt nach unten gebogen. Die Längsträger 1 sind gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils mit einer Abstützkonsole 3 versehen, die mit einer Kollisions-Abstützfläche 4 versehen ist. Die Abstützkonsole 3 ist beispielsweise an dem Längsträger 1 angeschweißt und stellt sich in diesem Beispiel als ein stufenförmiges Struktur-Blechteil dar. Der stufenförmig nach unten vorragende Abschnitt 5 der Konsole 3 bildet eine im Wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse des Fahrzeugs gerich tete Abstützfläche 4 aus, die gegenüberliegend einer Kollisions-Abstützfläche 6 eines Vorderachs-Integralträgers 2 oder Fahrschemel vorgesehen ist. Der Integralträger 2 oder Fahrschemel dient dem Montieren der Vorderachsen der Vorderräder des Fahrzeuges (nicht dargestellt) und ist selbst als ein zusätzliches Bauteil an der Rohbau-Karosserie des Fahrzeuges angefügt. Aus diesem Grunde stellt der Vorderachs-Träger 2 im Falle einer Kollision ein Bauteil dar, das die Gefahr mit sich bringt, in das Innere der Fahrgastzelle der Karosserie eindringen zu können, und somit zu Verletzungen von Insassen führen könnte. Aus diesem Grunde ist erfindungsgemäß eine rückwärtige Stirnfläche des Integralträgers 2 als Kollisions-Abstützfläche 6 ausgebildet, die in einem Abstand k gegenüberliegend der Abstützfläche 4 der Konsole 3 angeordnet ist. Der Abstand k, der im nicht verformten Zustand vor einer Kollision zwischen dem Vorderachs-Integralträger 2 und dem Längsträger 1 vorhanden ist, liegt vorzugsweise zwischen mindestens 5 mm und maximal 8 mm. Auf diese Weise ist der Vorderachs-Integralträger 2 im Normalzustand ausreichend von dem Längsträger 1 beabstandet, sodass Schwingungen nicht auf die gesamte Karosserie übertragen werden. Der Vorderachs-Integralträger 2 ist nur an seinen eigentlichen Befestigungspunkten mit der Roh-Karosserie fest gekoppelt und geht einen Formschluss mit dem Längsträger 1 an der Abstützkonsole 3 nur im Falle einer heftigen, frontalen Kollision ein.
• Dann aber wirkt die Konsole 3 mit ihrer Abstützfläche 4 als zusätzliches Gegenlager, zusätzlich zu den Befestigungspunkten bzw. Verschraubungen des Integralträgers 2. Der Formschluss zwischen dem stellt einen zusätzlichen Kraftschluss her, der bei diesem Ausführungsbeispiel über den Längsträger 1 auch in die seitlichen Türschwellen-Längsträger 8 weitergeleitet werden kann. Das Eindringen des Vorderachs-Integralträgers 2 in den Fahrzeug-Innenraum der Fahrgastzelle und insbesondere in die frontale Stirnwand 7 der Fahrgastzelle wird so effektiv vermieden. An seiner Unterseite weist der Integralträger 2 eine Bohrung 9 für die Vorderachs-Montage auf. Der Vorderachs-Integralträger 2 ist hier als ein Hohlprofil-Integralträger mit im Wesentlichen rohrförmigen runden Querschnitten dargestellt. Lediglich in dem Abstützbereich in Richtung zur Abstützfläche 6 des Vorderachs-Integralträgers 2 ist dieser mit einem rechteckigen Querschnitt versehen und einem im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Fahrzeugs nach hinten weisenden geraden Abschnitt – das heißt auch längs der Wirkung einer frontalen Kollisionskraft F_k bei einem Frontal-Crash des Fahrzeugs. Dies verbessert die Eigensteifigkeit des Integralträgers 2 in diesem Bereich.
• Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere kann die Position und Lage der Abstütz-Konsolen an den Längsträgern 1 verschieden von der in diesem Beispiel dargestellten sein, je nach Form und Position des abzustützenden Integralträgers 2, der an der tragenden Rohbau-Karosserie des Fahrzeugs angefügt ist. Auch kann die Art und Weise einer Befestigung der Konsole 3 an dem Längsträger 1 verschieden sein und beispielsweise durch lösbare Befestigungsmittel, wie Verschraubungen, oder auch durch Nieten realisiert sein.
• Sämtliche in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen sowie in der Zeichnung dargestellten Merkmale und Elemente können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (10)

1. Vorbaustruktur für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit zwei Front-Längsträgers (1) im Bereich des Motorraums zur Aufnahme und Ableitung von Kräften im Falle einer Frontalkollision und mit einem Vorderachs-Integralträger oder Fahrschemel (2) für die Vorderachsen, dadurch gekennzeichnet, dass die Front-Längsträger (1) mit als Kollisions-Gegenlager wirkenden, vorragenden Konsolen (3) versehen sind, welche in einem vordefinierten Abstand k zu den Vorderachs-Integralträgern (2) derart angeordnet sind, dass die Vorderachs-Integralträger (2) bei einer Frontalkollision des Kraftfahrzeugs mit einer Abstützfläche (6) der Vorderachs-Integralträger oder Fahrschemel (2) zu deren Abstützung formschlüssig mit den Konsolen (3) in Eingriff gelangen können.
2. Vorbaustruktur gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolen (3) im in Fahrtrichtung rückwärtigen Bereich der Vorderachs-Integral-Träger (2) als stufenförmig vorragende Abschnitte (5) der Front-Längsträger (1) selbst gebildet sind.
3. Vorbaustruktur gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorragenden Konsolen (3) jeweils mit einer im wesentlichen rechtwinklig zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichteten stirnseitigen Abstützfläche (4) versehen sind.
4. Vorbaustruktur gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderachs-Integralträger (2) mit einer stirnseitigen Kollisions-Abstützfläche (6) an ihrem rückwärtigen Ende versehen sind.
5. Vorbaustruktur gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolen (3) in einem Bereich unterhalb einer frontalen Stirnwand (7) der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs, insbesondere auf Höhe von bodenseitigen Seiten-Längsträgern (8), vorgesehen sind.
6. Vorbaustruktur gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolen (3) integral mit den Front-Längsträgern (1) rohbaufest ausgebildet sind.
7. Vorbaustruktur gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolen (3) als tiefgezogene und/oder durch Biegen geformte, mehrdimensionale Strukturblechteile sind.
8. Vorbaustruktur gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolen (3) mit den Front-Längsträgern (1) verschweißt sind.
9. Vorbaustruktur gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolen (3) formintegriert, insbesondere flächig übergangslos, mit den Front-Längsträgern (1) ausgebildet sind.
10. Vorbaustruktur gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vordefinierte Abstand k in unverformtem Zustand im Bereich von 5 mm und 8 mm liegt.