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Die
Erfindung betrifft eine Längsträgeranordnung
für eine
Knautschzone eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens,
mit einem in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufenden Längsträgerteil und
mit einem Energieabsorptionsteil.
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Derartige
Längsträgeranordnungen
mit Energieabsorptionsteilen, auch Crashboxen genannt, sind dem
Stand der Technik als allgemein bekannt zu entnehmen. Crashboxen
dienen dazu, beim Niedergeschwindigkeitscrash Aufprallenergie zu
absorbieren und so hinter ihnen gelegene Bauteile vor Beschädigungen
zu schützen.
Crashboxen sind dabei in der Regel als separate Bauteile ausgebildet,
welche über
Lagerplatten mit karosseriefesten vorderen Längsträgern des Fahrzeugs verschraubt
sind oder in Fahrzeuglängsrichtung
in einen Hohlraum der Längsträger eingeschoben
sind. Eine Verschraubung erfolgt im zweiten Fall quer zur Fahrzeuglängsachse. Um
das Frontmodul, welches Kühlerbrücke und Tragwerk
der Scheinwerfereinheit umfasst, beim Crash vor Beschädigungen
zu schützen,
ist dieses in der Regel hinter dem Anschlussbereich der Crashbox
am Längsträger angebunden.
Auch die Lagerpunkte eines Fahrwerksträgers beziehungsweise Integralträgers sind
hinter den Crashboxen am vorderen Längsträger des Kraftwagens angeordnet.
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Solche
Crashboxsysteme ermöglichen
im Falle eines Bagatell-Frontcrashs unterhalb einer kritischen Auslegungsgeschwindigkeit,
welche in der Regel etwa 16 km/h beträgt, eine relativ einfache Schadensbehebung.
Aufgrund der zusätzlichen
Erschwernisse bei der Montage solcher Crashboxsysteme entstehen
jedoch mehr Kosten bei der Fahrzeugfertigung. Bei Crashgeschwindigkeiten
oberhalb der kritischen Auslegungsgeschwindigkeit fallen weiterhin aufwendige
Reparaturarbeiten am karosseriefesten Längsträger des Kraftwagens an.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Längsträgeranordnung
für eine
Knautschzone der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln,
dass eine vereinfachte und kostengünstigere Fertigung ermöglicht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Längsträgeranordnung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine
solche Längsträgeranordnung
für eine Knautschzone
eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, umfasst
ein in Längsrichtung
verlaufendes Längsträgerteil
und ein Energieabsorptionsteil. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass
das Energieabsorptionsteil als integraler Teilbereich des Längsträgerteils
ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist das Längsträgerteil in mehrere Zonen aufgeteilt,
von denen wenigstens eine der Energieabsorption dient und von denen
eine weitere höhere
Steifigkeit aufweist und die Funktion eines einfach austauschbaren
Längsträgerteils übernimmt. Durch
entsprechende Auslegung des gesamten demontierbaren Längsträgerbereichs
kann durch eine erfindungsgemäße Längsträgeranordnung
sichergestellt werden, dass wesentlich höhere Energien als bislang üblich von
dem im Schadenfall leicht austauschbaren Bereich des Längsträgers absorbiert werden
können.
Bei gleich bleibend einfachem Austausch beschädigter Teile wird durch die
erfindungsgemäße Längsträgeranordnung
eine einfache Montage des Kraftwagens dennoch gewährleistet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Längsträgerteil
einen vorderen Anbindungsbereich zum Verbinden des Längsträgerteils mit
einem Stoßfängerquerträger. In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Längsträgerteil
weiterhin einen hinteren Anbindungsbereich zum Verbinden des Längsträgerteils
mit einer Federbeinkonsole und/oder einem Längsträger einer Kraftwagenkarosserie.
Mit anderen Worten erstreckt sich das Längsträgerteil bevorzugter Weise von
der Federbeinkonsole bis zum Stoßfängerquerträger des Kraftwagens. Damit
bleibt vorteilhaft die Möglichkeit der
Verwendung modularisierter Vorbausysteme bestehen, so dass die dadurch
entstehenden Kosteneinsparungen auch in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Längsträgeranordnung
gewahrt bleiben.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Energieabsorptionsteil des Längsträgerteils in Fahrzeuglängsrichtung
vorne angeordnet. Hinter dem Energieabsorptionsteil ist bevorzugter
Weise ein zweiter Teilbereich des Längsträgerteils angeordnet, welcher steifer
als der Energieabsorptionsteil ausgebildet ist. Der Energieabsorptionsteil
schützt
somit den zweiten Teilbereich des Längsträgerteils vor Beschädigung,
so dass am zweiten Teilbereich Anbindungselemente zum Verbinden
des Längsträgerteils mit
einem Frontmodultragwerk und/oder einem Fahrwerksträger und/oder
einem Integralträger
und/oder dergleichen angebracht werden können. Die an diesen Anbindungselementen
befestigten, oben genannten Bauteile, werden so ebenfalls durch
den Energieabsorptionsteil im Falle eines Frontalaufpralls vor Beschädigung geschützt.
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Die
erfindungsgemäße Längsträgeranordnung
ist nicht an die Verwendung bestimmter Materialien oder Herstellungsverfahren
für das
Längsträgerteil
gebunden. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Längsträgerteil
wenigstens zwei Blechschalen, insbesondere Stahl-Blechschalen. Der
Energieabsorptionsbereich umfasst dabei wenigstens eine Verprägung, Sicke
oder dergleichen. Damit kann auf einfache Art und Weise das Deformationsverhalten
des Energieabsorptionsteils im Falle eines Unfalls kontrolliert
werden, so dass eine kontrollierte Faltung unter maximalem Energieabbau
gewährleistet
ist. Der Energieabsorptionsteil weist weiterhin bevorzugt eine geringere
Blechstärke
auf als der zweite Teilbereich. Die steifere Ausführung des zweiten
Teilbereiches gewährt
so verbesserten Schutz für
die an diesen angebundenen weiteren Fahrzeugkomponenten wie beispielsweise
das Frontmodul oder den Integralträger.
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Die
wenigstens zwei Blechschalen des Längsträgerteils sind in einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform
aus Aluminiumblech oder Magnesiumblech ausgebildet. Hierdurch kann
weiteres Gewicht eingespart werden, was das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs
und damit dessen Verbrauch senkt.
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Bevorzugt
werden die beiden Blechschalen bei der Montage des Längsträgerteils
im Rahmen des Karosserieteilaufbaus am Vorbau gefügt. Alternativ
hierzu ist aber auch eine Vormontage beider Blechschalen als Unter-Zusammenbau,
einschließlich
aller Anbauten denkbar, der dann in seiner Gesamtheit an den restlichen
Vorbau gefügt
wird. Beide Blechschalen können
auch durch ein Innen-Hochdruck-Umformteil ersetzt werden. Damit
können
auf einfache und kostengünstige
Weise Profilverläufe des
Längsträgerteils
dargestellt werden, welche wiederum eine verbesserte Kontrolle dessen
Energieabsorptionsfähigkeit
gewährleisten.
In einer weiteren Ausführungsform
können
die Blechschalen selbst durch mindestens ein Strangpressprofil ausgeführt sein,
um gegebenenfalls Gewichtseinsparungen zu realisieren.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist eine Lagerkonsole zum Verbinden des Längsträgerteils mit einer Federbeinkonsole
vorgesehen. Diese besteht bevorzugter Weise aus Stahlblech oder
Stahlfeinguss und ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
durch Schweißen
mit dem Längsträgerteil
verbunden. Durch entsprechende Gestaltung einer solchen Lagerkonsole
kann der Energiefluss im Falle eines Unfalls vom Längsträgerteil
auf die Federbeinkonsole kontrolliert gestaltet werden, so dass
Beschädigungen
der Federbeinkonsole, welche in der Regel mit schweren Beschädigungen
von Fahrwerks- und Lenkungskomponenten einhergehen, weitestgehend
vermieden werden. Damit werden Reparaturkosten auch im Fall von
schwereren Unfällen
gesenkt.
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Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung
erläutert werden.
Hierbei zeigen:
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1A bis
C ein dem Stand der Technik entsprechendes Ausführungsbeispiel einer Längsträgeranordnung
mit über
einen Flansch verschraubter Crashbox,
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2A bis
C ein alternatives Ausführungsbeispiel
einer aus dem Stand der Technik bekannten Längsträgeranordnung mit in den Längsträger eingeschobener
Crashbox,
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3 eine
schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Längsträgeranordnung,
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4 eine
weitere Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Längsträgeranordnung,
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5 eine
Schnittdarstellung durch die in 4 gezeigte
Längsträgeranordnung
entlang der Achse V-V,
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6 eine
Schnittdarstellung durch die in 4 gezeigte
Längsträgeranordnung
entlang der Achse VI-VI,
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7 eine
Schnittdarstellung durch die in 4 gezeigte
Längsträgeranordnung
entlang der Achse VII-VII,
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8 eine
Schnittdarstellung durch die in 4 gezeigte
Längsträgeranordnung
entlang der Achse VIII-VIII,
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9 ein
Längsschnitt
durch die in 4 gezeigte Längsträgeranordnung entlang der Achse IX-IX,
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10 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Längsträgeranordnung
mit Längsträgerteil
aus Blechschalen,
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11 eine
alternative Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Längsträgeranordnung
mit als Aluminiumstrangpressteil ausgeführten Längsträgerteil, und
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12 eine
schematische Veranschaulichung der Fügerichtungen bei der Montage
eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Längsträgeranordnung
und daran angeordneter Zusatzteile.
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Eine
in 1A dargestellte, im Ganzen mit 10 bezeichnete
vordere Fahrzeugkarosserie nach dem Stand der Technik umfasst zwei
Längsträgeranordnungen 12 mit
jeweils einem Längsträger 14 und einem
mit diesem verbundenen Energieabsorptionsteil 16 in Form
einer Crashbox. Die Crashboxen 16 sind über Flanschplatten 18 mit
den Längsträgern 14 verbunden
und zur Fahrzeugfront hin mit dem Stoßfängerquerträger 20 verbunden. 1 B
zeigt die gleiche Längsträgeranordnung 12 in
einer schematisierten Draufsicht. Die Flanschplatten 18 zwischen Längsträger 14 und
Crashbox 16 sind entlang der Achsen 22 miteinander
verschraubt, was eine einfache Anbindung der Crashboxen 16 an
den Längsträger 14 erlaubt.
Die Crashbox 16 weist weiterhin in ihrem vorderen Bereich
einen Flansch 22 zum Verbinden der Crashbox 16 mit
dem Stoßfängerquerträger 20 auf.
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Wie
in 1C zu erkennen, ist die Längsträgeranordnung 12 in
vier Zonen A bis D unterteilt. Zone A umfasst die eigentliche Crashbox 16 sowie die
Flanschplatten 18 zur Anbindung an den Längsträger 14 und
den Flanschbereich 22 zum Verbinden der Crashbox 16 mit
dem Stoßfängerquerträger 20. Dieser
Bereich ist zur Energieabsorption ausgelegt, deformiert sich also
bei einem Unfall kontrolliert unter Dissipation der aufgenommenen
Stoßenergie,
um Bestandteile in den Bereichen B bis D zu schützen. Bereich B unmittelbar
hinter den Flanschplatten 18 ist besonders steif ausgeführt und
umfasst Anbindungselemente für
Integralträger
und Frontmodultragwerk. Bereich C liegt zwischen den Anbindungsbereichen für die genannten
Komponenten und einer Federbeinkonsole 24. In dem Bereich
C sind keine Anbindungselemente für weitere Konsolen und dergleichen
vorgesehen, er ist wieder relativ weich ausgeführt und dient ebenfalls der
Energieabsorption. Im Bereich D schließlich ist die Federbeinkonsole 24 angeschlossen,
weswegen dieser Bereich in Abhängigkeit
von Anbindung und Bauart der Federbeinkonsole bei einem Crash ein
mittleres Ausmaß von
Deformationen erleidet.
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Die 2A bis
C zeigen eine alternative, ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte
Ausführungsform
einer Längsträgeranordnung 12 für einen
Vorderwagen 10 einer Fahrzeugkarosserie. Die Ausführungsform
unterscheidet sich von der in den 1A bis
C gezeigten lediglich dadurch, dass zu Verbindung von Crashbox 16 und
Längsträger 14 keine
Flanschplatten vorgesehen sind, sondern die Crashbox 16 vielmehr
mit einem Endbereich 26 in einen Hohlraum des Längsträgers 14 eingeschoben ist.
Die Verschraubung erfolgt dann in Richtung der Fahrzeugquerrichtung
entlang der Achsen 28. 2C zeigt
wiederum die Aufgliederung der Längsträgeranordnung 12 in
vier Teilbereiche A bis D, welchen den in 1C dargestellten
Teilbereichen entsprechen.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Längsträgeranordnung 30.
Die Längsträgeranordnung
umfasst wiederum einen Längsträger 14 sowie
ein Längsträgerteil 32.
Das Längsträgerteil 32 ist
mit seinem hinteren Bereich 34 an den Längsträger 14 sowie an die
Federbeinkonsole 24 angebunden. Nach vorne hin ist das
Längsträgerteil 32 wiederum
an den Stoßfängerquerträger 20 angebunden. 3 unterteilt
die gesamte Längsträgeranordnung 30 wiederum
in vier Teilbereiche A bis D, deren Funktionen und deren Härte wieder
den in den 1 und 2C gezeigten
entsprechen.
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Die
erfindungsgemäße Ausführungsform nach 3 unterscheidet
sich von den dem Stand der Technik entsprechenden Ausführungsformen nach 1 und 2 dadurch,
dass die Teilbereiche A, B und C der Längsträgeranordnung 30 integral
in dem Längsträgerteil 32 vereint
sind. Ein vorderer Bereich 36 des Längsträgerteils 32 ist also
als kontrolliert deformierbares Energieabsorptionselement ausgebildet.
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Ein
weiterer Teilbereich 38 des Längsträgerteils 32 ist starr
ausgebildet und umfasst die Anbindungspunkte für Frontmodultragwerk und Fahrwerks-
beziehungsweise Integralträger.
Ein hinterer Teilbereich 40 des Längsträgerteils 32 umfasst schließlich den
Anbindungsbereich für
Längsträger 14 und
Federbeinkonsole 24. Das Längsträgerteil 32 ist selbst
nicht Bestandteil eines Frontmoduls sondern wird im Rahmen der Rohbaumontage über eine Lagerkonsole 42 lösbar, also
mittels mechanischer Fügeelemente
wie Schrauben, Nieten oder dergleichen an den Rohbau gefügt. Die
Lagerkonsole 42 kann integraler Bestandteil der Federbeinkonsole 24 oder
des Längsträgers 14 sein
oder aber als separates Bauteil an diese gefügt sein. Der in 3 gezeigte
Längsträger Anordnung 30 ermöglicht bei
entsprechender Auslegung, aufgrund größerer Gestaltungsfreiheit dieses
Bereiches, z. B. Geometrie-, Werkstoff- und Halbzeugwahl sowie der
steifen und hochfesten Gestaltung des Lagerbereichs zum Längsträger 14 bzw.
Dämpferdom 24,
die Absorption wesentlich größerer Energien
als die in den 1 und 2 gezeigten,
dem Stand der Technik entsprechenden Ausführungsformen. Insbesondere
können
nach Bagatellunfällen
Austausch- oder Richtarbeiten an Längsträger 14 oder Federbeinkonsole 24 vermieden werden.
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4 zeigt
eine weitere, detailliertere Seitenansicht der Längsträgeranordnung 30 mit
einem Längsträgerteil 32.
Die Lagerkonsole 42 ist über Schraubverbindungen 44 mit
dem Längsträger 14 und
der Federbeinkonsole 24 verbunden. Der vordere seitliche
Bereich 46 der Federbeinkonsole 24 ist dabei nach
unten bis etwa zur Unterkante des Längsträgers 14 gezogen und
kann diesen von unten umgreifen.
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Die 5 bis 8 zeigen
verschiedene Querschnitte durch die in 4 dargestellte
Längsträgeranordnung 30. 5 zeigt
einen Schnitt entlang der Linie V-V, also im Anbindungsbereich für Frontmodultragwerk
und Integralträger.
Wie in allen 5 bis 8 zu erkennen,
ist das Längsträgerteil 32 in
Schalenbauweise aus einer inneren 48 und äußeren Schale 50 gebildet,
welche jeweils über Flanschbereiche 52 miteinander
verbunden sind. In Höhe
des Anbindungsbereiches für
Frontmodultragwerk mit Integralträger ist an die Flanschbereiche 52 nach
oben hin eine Lagerkonsole 54 für das Frontmodultragwerk und
nach unten hin eine Lagerkonsole 56 für den Integralträger angebunden.
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6 zeigt
einen Querschnitt auf Höhe
der Linie VI-VI, also im Anbindungsbereich der Lagerkonsole zum
Verbinden des Längsträgerteils 32 mit der
Federbeinkonsole 24. Hier ist deutlich zu erkennen wie
ein Steg 58 der Federbeinkonsole 24, welche über ein
Verstärkungselement 60 mit
dieser verbunden ist, das Längsträgerteil 32 sowie
den Längsträger 14 nach
unten hin umgreift. Die Lagerkonsole 42 erstreckt sich
dabei in den von den Schalen 48 und 50 des Längsträgerteils 32 gebildeten
Innenraum 62. Zur Versteifung ist die Lagerkonsole 42 mehrkammerig
ausgeführt.
Auch ein Steg 64 des vorderen Längsträgers 14 erstreckt
sich in den Innenraum 62 des Längsträgerteils 32. Über Gewindebolzen 66 sind
die Bauteile in Fahrzeugquerrichtung fest verbunden.
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7 zeigt
einen unter der Lagerkonsole 24 entlang der Linie VII-VII
geführten
Schnitt. Hier ist zu erkennen, dass auch der Längsträger 14 zweischalig aus
einer Innenschale 70 und einer Außenschale 72 aufgebaut
ist. Die Unterkante 74 des Längsträgers 14 wird ebenfalls
von dem Steg 58 der Federbeinkonsole 24 umgriffen.
In Fahrzeuglängsrichtung
noch weiter hinten, entlang der Schnittlinie VIII-VIII, umgreift der
Steg 58 der Federbeinkonsole 24 den Längsträger 14 nicht
mehr vollständig,
sondern endet auf etwa halber Höhe
der Außenschale 72 des
Längsträgers 14.
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9 zeigt
schließlich
einen Längsschnitt durch
die in 4 gezeigte Längsträgeranordnung 30 entlang
der Linie IX-IX. Der Steg 58 der Federbeinkonsole erstreckt
sich hierbei in den Anbindungsbereich zwischen Längsträger 14 und Längsträgerteil 32 und
stützt
den Längsträger 14 an
seiner Außenschale 72 seitlich
mit einem Bereich 76 ab. Die Lagerkonsole 42 erstreckt
sich in das Längsträgerteil 32 hinein.
Hier ist nochmals die Anbindung der Integralträgerlagerung 56 an
dem Längsträgerteil 32 zu erkennen.
Zur Fahrzeugfront hin ist die Lagerkonsole 78 zum Anbinden
des Querträgers 20 zu
erkennen.
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10 und 11 zeigen
schematisch zwei alternative Ausführungsformen des Längsträgerteils 32 für eine erfindungsgemäße Längsträgeranordnung 30.
Die in 10 gezeigte Ausführung umfasst ein
als Blechbauteil ausgebildetes Längsträgerteil 32,
welches sich in Richtung auf die Lagerkonsole 42 zur Anbindung
der Federbeinkonsole 24 und des Längsträgers 14 hin erweitert.
Im Gegensatz dazu zeigt die in 11 dargestellte
Ausführungsform
ein Längsträgerteil 32 in
Form eines Aluminiumstrangpressprofils, welches einen konstanten
Querschnitt über
seine gesamte Längserstreckung
aufweist und insbesondere im Anbindungsbereich 80 an die
Lagerkonsole 42 einen reduzierten Querschnitt aufweist.
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12 zeigt
schließlich
die Fügerichtungen beim
Fügen von
Zusatzbauteilen an ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Längsträgeranordnung 30.
Die Anbindungskonsole 78 für den vorderen Querträger ist
im gezeigten Ausführungsbeispiel
als Z-Profil ausgeführt
und mittels thermischer Fügeverfahren
an die Längsträgeranordnung gefügt. Das
Frontmodul kann daher sowohl von vorne als auch von oben, sowie
unter einem beliebigen Winkel zwischen 0 Grad, von vorne und 90
Grad, von oben, auf die Lagerkonsole 78 aufgeschoben werden.
Die Verschraubung des Frontmoduls kann an allen Befestigungspunkten
unter 90 Grad, d. h. vertikal, erfolgen, entweder von oben her in
Richtung der Pfeile 82, 90, 96 und/oder
von unten her in Richtung der Pfeile 86 und 84.
Mit der Federbeinkonsole 24 ist weiterhin ein oberer Längsträger 92 verbunden,
welcher eine weitere Konsole 94 zum senkrechten Verschrauben
und Aufstecken des oberen Lagerbereiches des Frondmoduls oder eines
Frondmodulteilumfangs entlang des Pfeils 96 zur Verfügung stellt.