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Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur für ein Frontend eines Kraftwagens der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Eine derartige Tragstruktur ist beispielsweise bereits aus der
DE 100 42 562 C2 als bekannt zu entnehmen, mittels welcher eine vordere Querträgeranordnung inklusive der daran befestigten Stoßfänger- bzw. Bugverkleidung, die Frontscheinwerfer, wabenförmige Deformationselemente sowie weitere Bauteile am vorderen Ende der Kraftwagenkarosserie zu befestigen sind. Hierzu umfasst die Tragstruktur einen im Wesentlichen rechteckförmigen Rahmen, der an Längsträgern einer oberen und unteren Längsträgerebene anzuordnen ist. Zwei in Fahrzeughochrichtung verlaufende Profilelemente des Rahmens sind hierzu an Befestigungsstellen der zugeordneten Längsträger lösbar befestigt, wobei die Profilelemente im Bereich der Befestigungsstellen einen rechteckförmigen Hohlquerschnitt aufweisen. Durch den insgesamt aus Profilelementen mit Hohlquerschnitt gestalteten Rahmen wird insbesondere die Steifigkeit der Vorbaustruktur der Kraftwagenkarosserie verbessert. Dabei sind die an den Längsträgern befestigten Profilelemente des Rahmens üblicherweise denjenigen Teilbereichen des Frontends zugeordnet, welches beim so genannten Typschaden, also bei Parkplatzremplern oder leichten Kollisionen, unbeschädigt bleiben sollten, um hohe Reparaturkosten zu vermeiden.
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Die
EP 0 561 944 B1 offenbart eine Längsträgerverbindung an einer Karosserie für einen Personenkraftwagen. Dabei werden zwei Trägerteile, welche als Leichtmetall-Strangprofile ausgebildet sind, durch ein Knotenelement miteinander verbunden. Das Knotenelement besteht aus zwei Schalenhälften, welche als Leichtmetall-Gussteile ausgebildet sind. Die beiden Trägerteile haben voneinander verschiedene Querschnittsprofile und bilden an den Außenflächen im Anlagebereich einen stufenartigen Vorsprung. Die Schaleninnenflächen der Schalenteile sind an die Außenflächen der Trägerteile am Stufensprung angepasst.
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Die
EP 0 561 837 B1 offenbart ebenfalls eine Tragstruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens. Diese umfasst vordere, beidseitig an der Rahmenstruktur verlaufende Längsträger sowie vordere Federbeinaufnahmen, welche über Abstützungen nach unten auf den Längsträgern abgestützt sind. Dabei ist jeweils ein Abstützungsträger zwischen dem Längsträger und der Federbeinaufnahme angeordnet. Hierdurch ist ein geschlossenes Kräftedreieck aus Längsträger, Abstützungsträger und Abstützung der Federbeinaufnahmen nach unten gebildet. Der Längsträger ist dabei aus zwei hintereinanderliegenden Längsträgerteilen aufgebaut. Diese sind durch Schalenhälften miteinander verbunden. Der Abstützungsträger weist einen offenen Querschnitt auf und ist an einer Schalenhälfte angeformt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Tragstruktur der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sich einerseits eine sehr gute Steifigkeit der Kraftwagenkarosserie und andererseits eine Verminderung der Reparaturkosten im Falle eines Typschadens realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Tragstruktur für ein Frontend eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen beschrieben.
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Bei der Tragstruktur nach der Erfindung ist den Längsträgern im Bereich der Befestigungsstellen mit den Profilelementen jeweils ein Profileinleger zugeordnet, welcher innerhalb des Hohlquerschnitts des zugeordneten Profilelements angeordnet ist. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß also vorgesehen, in Verlängerung des jeweiligen Längsträgers innerhalb des Hohlquerschnitts des Profilelements einen zugehörigen Profileinleger vorzusehen. Im einfachsten Fall wäre es hierzu denkbar, den jeweiligen Längsträger um die Breite des Hohlquerschnitts des zugeordneten Profilelements zu verlängern, damit dieses im Falle eines Typschadens nicht zusammengedrückt bzw. beschädigt werden kann. In einer besonders günstigen Ausführungsform sind die Profileinleger – separat vom zugehörigen Längsträger – innerhalb des jeweils zugeordneten Profilelements angeordnet.
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Im Ergebnis wird durch die Profileinleger erreicht, dass bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Frontends die Profilelemente nicht zwischen den davor liegenden Strukturbauteilen wie beispielsweise Crashboxen und den dahinter liegenden Längsträgern deformiert werden können, sondern dass vielmehr die Profilelemente bei einem Typschaden ihre ursprüngliche Form beibehalten. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Profileinleger innerhalb des zugeordneten Profilelements ist es somit einerseits möglich, die für die Aussteifung der Kraftwagenkarosserie äußerst vorteilhafte Gestaltung der Profilelemente in Form von Hohlprofilen vorzusehen, ohne dass diese bei einem Typschaden im Bereich vor den Längsträgern deformiert werden können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, auf der den Längsträgern abgewandten Seite der Profilelemente jeweils ein zugeordnetes Deformationselement anzuordnen, welches in Erstreckungsrichtung der Längsträger verläuft. Somit ergibt sich die besonders vorteilhafte Anordnung, bei der der jeweilige, innerhalb des Profilelements angeordnete Profileinleger unmittelbar zwischen dem zugehörigen Längsträger bzw. dem zugehörigen Deformationselement angeordnet ist, so dass eine Deformation des Profilelements auf besonders sichere Weise verunmöglicht ist.
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Als von den Längsträgern separat ausgebildete Profileinleger haben sich insbesondere Strangpressprofile als vorteilhaft erwiesen, deren Hohlkammern in Erstreckungsrichtung der Längsträger verlaufen. Insbesondere durch den Verlauf der Hohlkammern kann somit auf einfache und kostengünstige Weise ein äußerst stabiler Profileinleger geschaffen werden, der im Falle eines Typschadens hohe Kräfte aufnehmen kann und eine Deformation des vor dem zugehörigen Längsträger angeordneten Profilelements sicher vermeidet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft gezeigt, die Profilelemente jeweils aus wenigsten zwei Teilschalen zu gestalten, so dass die zugeordneten Profileinleger vor dem Zusammenfügen der Teilschalen auf einfache Weise innerhalb des jeweiligen Profilelements positioniert werden können.
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Eine besonders günstige Kraftübertragung von Aufprallkräften im Falle eines Typschadens kann darüber hinaus erreicht werden, wenn die Profileinleger auf ihrer den Längsträgern abgewandten Seite flächig an der zugeordneten Teilschale des entsprechenden Profilelements abgestützt sind. Eine Deformation der entsprechenden, auf der den Längsträgern abgewandten Seite angeordneten Teilschale kann somit zuverlässig vermieden werden.
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Sind innerhalb der Profileinleger Durchgangslöcher eingebracht, über welche die Tragstruktur des Frontends mit den Längsträgern zu verbinden ist, so kann insgesamt eine äußerst stabile Festlegung bzw. eine unmittelbare Verbindung des Frontends mit den Längsträgern erreicht werden.
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Die Profileinleger sind darüber hinaus bevorzugt auf Höhe einer mittleren Längsträgerebene einer Vorbaustruktur der Kraftwagenkarosserie angeordnet, da sich erfahrungsgemäß in diesem Bereich ein vorderer Stoßfänger-Querträger des Frontends in Fahrzeugquerrichtung erstreckt und über zugeordnete Verbindungsteile – beispielsweise Deformationselemente – an der dahinter liegenden Vorbaustruktur abgestützt ist. Demgemäß ist es besonders vorteilhaft, in diesem Bereich die Profilelemente durch die innerhalb ihres Hohlquerschnitts angeordneten Profileinleger auszusteifen.
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Schließlich ist es im Rahmen der Erfindung als mitumfasst zu betrachten, dass die erfindungsgemäße Tragstruktur nicht nur am vorderen Ende einer Kraftwagenkarosserie angeordnet sein kann, sondern dass es vielmehr auch denkbar ist, derartige Verstärkungsmaßnahmen der Profilelemente der Tragstruktur am hinteren Ende des Kraftwagens vorzusehen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische Perspektivansicht auf eine Vorbaustruktur einer Kraftwagenkarosserie, an deren vorderem Ende ein Frontend über eine Tragstruktur befestigt ist;
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2 eine schematische Seitenansicht auf die Tragstruktur des Frontends des Kraftwagens, welche über in Fahrzeughochrichtung verlaufende Profilelemente unter anderem an Längsträgern einer mittleren Längsträgerebene befestigt sind;
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3 eine schematische Perspektivansicht auf die Befestigungsstelle eines der Profilelemente der Tragstruktur des Frontends an dem zugeordneten Längsträger der mittleren Längsträgerebene;
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4 eine schematische Perspektivansicht auf einen der im Bereich der Befestigungsstellen mit den Längsträgern innerhalb des Hohlquerschnitts des zugeordneten Profilelements angeordneten Profileinleger, wobei von zwei Teilschalen des Profilelements lediglich die dem Längsträger zugewandte dargestellt ist;
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5 eine schematische Schnittansicht entlang einer in Fahrzeugquerrichtung und horizontal verlaufenden Schnittebene gemäß der Linie V-V in 2, wobei ausschnittsweise die Befestigung der Tragstruktur über ein linkes Profilelement an dem zugehörigen linken Längsträger der mittleren Längsträgerebene dargestellt ist; und in
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6 eine schematische Schnittansicht durch die Tragstruktur des Frontends und den linken Längsträger der mittleren Längsträgerebene entlang einer in Fahrzeuglängsrichtung und vertikal verlaufenden Schnittebene gemäß der Linie VI-VI in 5.
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In 1 ist in einer schematischen Perspektivansicht die Vorbaustruktur 10 einer Karosserie eines Kraftwagens ausschnittsweise erkennbar, an deren vorderem Ende eine Tragstruktur 12 für ein Frontend des Kraftwagens auf im Weiteren noch näher erläuterte Weise befestigt ist. Die Vorbaustruktur 10 umfasst im Wesentlichen im außenseitigen Bereich der Kotflügel angeordnete obere Längsträger 14 einer oberen Längsträgerebene, mittlere Längsträger 16 auf Höhe einer mittleren Längsträgerebene sowie untere Längsträger 18, welche auf Höhe einer unteren Längsträgerebene verlaufen. Die oberen Längsträger 14 sind über eine etwa bogenförmig ausgebildete und in Fahrzeugquerrichtung bzw. waagerecht sich erstreckende Querbrücke 20 miteinander verbunden, welche der Tragstruktur 12 des Frontends zugeordnet ist. Die Querbrücke 20 ist zudem über zwei Streben 22 gehalten, welche auf ihrer der Querbrücke 20 abgewandten Seite jeweils an der Oberseite eines Radhauses 24 der vorderen Räder des Kraftwagens festgelegt sind.
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Insbesondere in Zusammenschau mit 2 wird erkennbar, dass sich zwei Profilelemente 26 ausgehend von der auf Höhe der oberen Längsträgerebene angeordneten Querbrücke 20 vertikal bzw. in Fahrzeughochrichtung nach unten hin bis auf Höhe der unteren Längsträger 18 erstrecken. An ihren unteren Enden sind die Profilelemente 26 über einen unteren Querträger 28 miteinander verbunden, so dass die Querbrücke 20, der untere Querträger 28 sowie die beiden Profilelemente 26 einen im Wesentlichen rechteckförmigen, der Tragstruktur 12 zugeordneten Rahmen bilden.
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Auf Höhe der mittleren Längsträgerebene ist auf der den Längsträgern 16 abgewandten Seite der Profilelemente 26 jeweils ein Deformationselement 30 befestigt, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Querschnitt etwa rechteckförmig und an den Querschnitt der Längsträger 16 angepasst ist. Die beiden Deformationselemente 30 sind dabei über eine sich in Fahrzeugquerrichtung bzw. waagerecht auf Höhe der mittleren Längsträgerebene erstreckende Querträgeranordnung 32 miteinander verbunden. Die mittlere Querträgeranordnung 32 stützt einen in den Figuren nicht dargestellten vorderen Stoßfänger des Frontends gegenüber der Vorbaustruktur 10 der Kraftwagenkarosserie ab und wird demgemäß zur Hauptsache mit Aufprallkräften im Falle einer Frontalkollision des Kraftwagens beaufschlagt. Wird der Kraftwagen in eine geringe bis mittelschwere Frontalkollision – beispielsweise bei einem Parkplatzrempler – verwickelt und das Frontend mit einem so genannten Typschaden beaufschlagt, so sollen die Deformationselemente 30 bzw. die davor angeordneten tragenden Bauteile der Tragstruktur 12 zur Absorption der Aufprallenergie herangezogen werden. Dies bedeutet insbesondere, dass die Deformationselemente 30 sich im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unter Abstützung am jeweils zugeordneten Profilelement 26 in ihrer Länge verkürzen bzw. kollabieren.
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Um im Falle eines derartigen Typschadens eine Beschädigung der als Hohlprofile gestalteten Profilelemente 26 insbesondere im Bereich zwischen den Deformationselementen 30 und den zugehörigen Längsträgern 16 vermeiden zu können, ist innerhalb des jeweiligen Hohlquerschnitts der Profilelemente 26 bzw. in Verlängerung der jeweiligen Längsträger 16 ein in den 3 und 4 perspektivisch erkennbarer Profileinleger 34 eingebracht. Hierzu zeigen die 3 und 4 jeweils in Perspektivansicht die Befestigungsstelle eines der Profilelemente 26 an dem zugeordneten Längsträger 16. Die Profilelemente 26 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils aus zwei Teilschalen gestaltet, welche entlang einer in Fahrzeughochrichtung bzw. in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Flanschebene miteinander verbunden sind. Von den beiden Teilschalen ist in 4 die dem entsprechenden Längsträger 16 zugewandte Teilschale 36 erkennbar.
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Darüber hinaus ist in 4 der Profileinleger 34 erkennbar, welcher innerhalb des Hohlquerschnitts des jeweiligen Profilelementes 26 positioniert wird, bevor die beiden Teilschalen 36 zusammengefügt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die beiden Profileinleger 34 in Verlängerung des jeweils zugeordneten Längsträgers 16 als Strangpressprofil beispielsweise aus einer Aluminiumknetlegierung hergestellt, wobei deren Hohlkammern in Erstreckungsrichtung der Längsträger 16 verlaufen. Insgesamt weisen die Profileinleger 34 dabei eine im Wesentlichen würfelförmige Gestalt auf. Darüber hinaus erstrecken sich die Profileinleger 34 im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Fahrzeuglängsrichtung über die gesamte Breite des Hohlquerschnitts des zugeordneten Profilelements 26. Mit anderen Worten ist der Hohlquerschnitt des jeweiligen Profilelements 26 – zwischen dem zugehörigen Deformationselement 30 und dem zugeordneten Längsträger 16 – über die gesamte Länge überbrückt. Hierdurch ist gewährleistet, dass bei einer unfallbedingten Abstützung der Deformationselemente 30 an den zugeordneten Profilelementen 26 keine Verformung von diesen auftreten kann. Vielmehr sorgen die jeweiligen Profileinleger 34 dafür, dass die Profilelemente 26 unverformt bleiben und beispielsweise bei einem Typschaden nicht ausgetauscht werden müssen. Mit anderen Worten müssen daher lediglich die Deformationselemente 30 selbst bzw. die vor diesen angeordneten Bauteile der Tragstruktur wie beispielsweise die Querträgeranordnung 32 nach einem entsprechenden Typschaden ausgewechselt werden.
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5 zeigt in einer schematischen Schnittansicht entlang einer in Fahrzeuglängsrichtung bzw. waagerecht verlaufenden Schnittebene gemäß der Linie V-V in 2 den linken mittleren Längsträger 16 sowie die davor angeordnete Tragstruktur 12 des Frontends mit dem zugehörigen Profilelement 26. Darüber hinaus zeigt 6 eine schematische Schnittansicht entlang einer in Fahrzeuglängsrichtung und vertikal verlaufenden Schnittebene gemäß der Linie VI-VI in 5 ebenfalls die vor dem linken mittleren Längsträger 16 angeordnete Tragstruktur 12 des Frontends mit dem zugehörigen Profilelement 26. Aus diesen beiden Schnittdarstellungen wird erkennbar, dass der Profileinleger 34 – in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet – sich über die vollständige Breite des Hohlquerschnitts des Profilelements 26 erstreckt. Wie insbesondere aus 6 erkennbar ist, ist der Profileinleger 34 in Fahrzeughochrichtung größer ausgebildet als der Querschnitt des zugeordneten Längsträgers 16. Innerhalb der den Querschnitt des zugeordneten Längsträgers 16 überragenden Endbereiche sind dabei oberseitig und unterseitig Durchgangslöcher 40 in den Profileinleger 34 eingebracht, über welche das zugehörige Deformationselement 30 der Tragstruktur 12 mit dem jeweiligen Längsträger 16 der mittleren Längsträgerebene zu verbinden ist. Die Anordnung der Durchgangslöcher 40 ist dabei insbesondere aus 4 erkennbar. An der dem jeweiligen Profilelement 26 zugewandten Rückseite umfasst jedes der Deformationselemente 30 einen Schraubflansch 42, in welchen an die Durchgangslöcher 40 angepasste Öffnungen eingebracht sind. An seinem dem Profilelement 26 zugewandten Ende ist der jeweilige Längsträger 16 ebenfalls mit einem Schraubflansch 44 versehen, welcher an die Durchgangslöcher 40 angepasste Öffnungen umfasst. Es ist klar, dass innerhalb des Profilelements 26 ebenfalls Öffnungen vorgesehen sind, die den Durchgangslöchern 40 entsprechen. Wie in 6 erkennbar ist, ist somit über jeweils vier Schraubverbindungen 46 jedes der Deformationselemente 30 – unter Überbrückung des jeweiligen Profilelements 26 bzw. des zugeordneten Profileinlegers 34 – mit dem zugehörigen Längsträger 16 zu verbinden.
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Durch die Profileinleger 34 ist es demgemäß nunmehr möglich, die Profilelemente 26 in vorteilhafter Weise zur Aussteifung der Vorbaustruktur 12 mit einem Hohlquerschnitt zu gestalten und darüber hinaus zu vermeiden, dass im Falle eines Typschadens die zur Tragstruktur 12 des Frontends gehörenden Profilelemente 26 bzw. die damit verbundene Querbrücke 20 und der untere Querträger 28 ebenfalls ausgetauscht werden müssen.
