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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Chassisrahmen und
einem Fahrzeugaufbau entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Ein
gattungsgemäßes Kraftfahrzeug ist allgemein bekannt
und beispielsweise in der
AT-PS
208 243 beschrieben. Des Weiteren sind aus der
EP 0 653 344 B1 und
der
EP 0 868 338 B1 Kraftfahrzeuge mit
einem Chassisrahmen und einem davon getrennten Fahrzeugaufbau bekannt.
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Angaben,
wie die bei einem Seitencrash auftretenden Kräfte aufgenommen
und im Kraftfahrzeug weitergeleitet werden, sind den genannten Schriften nicht
zu entnehmen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die bekannten Kraftfahrzeuge hinsichtlich
ihrer Seitencrasheigenschaften weiterzubilden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Kerngedanke
der Erfindung ist es, die beiden Baugruppen Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau
so auszugestalten und so aufeinander abzustimmen, dass der Fahrzeugaufbau
wenigstens einen Querträger aufweist, der in der Lage ist,
die bei einem Seitencrash eingeleiteten Kräfte aufzunehmen
und in Fahrzeugquerrichtung bis an die „Schnittstelle” mit
dem Chassisrahmen weiterzuleiten. An dieser „Schnittstelle” erfolgt
in vorteilhafter Weise eine Abstützung der Crashlast am
Zentralelement des Chassisrahmens. Diese „Schnittstelle” ist
jedoch keine Kontaktstelle, die bereits im normalen Fahrbetrieb
vorhanden ist. Vielmehr erfolgt die Abstützung erst nach Überbrückung
eines kleinen Spaltes zwischen dem Querträger des Fahrzeugaufbaus
und dem Zentralelement, unter der Einwirkung der Crashkraft durch elastische
und/oder plastische Verformung der im Kraftfluss befindlichen Komponenten.
Der im normalen Fahrbetrieb vorgesehene Spalt zwischen Chassisrahmen
und Fahrzeugaufbau gewährleistet die akustische und schwingungstechnische
Entkoppelung der beiden Baugruppen Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau.
Die Abstützung des Querträgers am Chassisrahmen
im Crashfall ist wegen der hohen Steifigkeit des Zentralelements
des Chassisrahmens besonders effektiv, so dass das gesamte Kraftfahrzeug
eine hohe Steifigkeit gegenüber Seitencrash-Kräften
erhält. Das Zentralelement des Chassisrahmens ist aufgrund
seiner Konzeption als tragender Bestandteil des Chassisrahmens sehr
steif ausgeführt und somit ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen
in der Lage, eingeleitete Seitenkräfte ohne nennenswerte
Verformung aufzunehmen. Außerdem verlaufen Querträger
und Zentralelement etwa in einer horizontalen Ebene, so dass ein „Höhensprung” und
eine damit verbundene Umlenkung des Kraftflusses vermieden werden.
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Ein
Querträger im Sinn der vorliegenden Erfindung ist jeder
etwa senkrecht zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufende,
etwa horizontal angeordnete Träger des Fahrzeugaufbaus.
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Somit
ergeben sich im Vergleich zur konventionellen Bauweise einer selbsttragenden
Karosserie Vorteile hinsichtlich des Kraftflusses bei der Einleitung
von Seitencrash-Kräften. Bei bekannten selbsttragenden
Karosserien, wie in 1 dargestellt, stellt der Mitteltunnel 200 eine
Schwachstelle dar, die beispielsweise durch ein brückenartiges
Verstärkungsbauteil 201 („Tunnelbrücke”)
zwischen der linken und der rechten Querträgerhälfte 202 kompensiert
wird. Der Stoßfänger des Unfallgegners ist in 1 mit 203 bezeichnet.
Die eingeleitete Crashkraft wird durch den Pfeil 204 symbolisiert.
Der Stoßfänger 203 trifft demzufolge
in einer Höhe wenig oberhalb des Schwellers 205 des
bekannten Kraftfahrzeugs im untersten Bereich einer seitlichen Säule 206,
beispielsweise einer B-Säule, auf. Der Kraftfluss in der
bekannten Karosserie bei einem Seitencrash ist durch die Kraftverlaufslinie 207 verdeutlicht.
Aus der Darstellung der 1 geht anschaulich hervor, dass
im Bereich der Schraubverbindung 208 zwischen der Tunnelbrücke 201 und
den Querträgerhälften 202 eine erhebliche
Umlenkung des Kraftflusses erfolgt. Der Mitteltunnel 200 ist
aufgrund seiner konstruktiven Auslegung selbst nicht in der Lage,
die Crashkräfte über seine seitlichen Begrenzungswände 209 aufzunehmen.
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Demgegenüber
kann sich bei einem Kraftfahrzeug gemäß der Erfindung,
mit einer in Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau unterteilten Struktur, die
Crashlast direkt am Zentralelement des Chassisrahmens abstützen.
Damit ist es nicht erforderlich, zusätzliche Verstärkungsbauteile
vorzusehen, mit Vorteilen insbesondere hinsichtlich der Herstellkosten
und des Gewichts, da diese Verstärkungsbauteile üblicherweise
Montagebauteile sind, die erst nach dem Rohbau eingebracht werden,
somit also teurer und schwerer ausfallen als eine rohbauintegrierte
Lösung. Bei der Erfindung muss also „nicht mehr
um den Tunnel herumkonstruiert werden”. Vielmehr kann das
Zentralelement des Chassisrahmens direkt, mit vollem Trägerquerschnitt,
in den Kraftfluss integriert werden.
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Zwar
ist aus der
US 2,168,436 ein
Chassisrahmen mit einem in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden
Kardantunnel und mit durch den Kardantunnel unterteilten Querträgern
32 und
35 bekannt.
Zwischen den Hälften der Querträger
32 und
35 sind Kardanwellenlager
37 bzw.
38 vorgesehen.
Der wesentliche Unterschied gegenüber der erfindungsgemäßen
Lösung besteht darin, dass die Querträgerhälften
bei der bekannten Karosserie Bestandteil des Chassisrahmens sind.
Außerdem sind die Querträgerhälften unmittelbar
mit dem Kardantunnel verbunden.
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Des
Weiteren sind aus der
AT
178 281 B und aus der
DE 195 38 456 A1 ebenfalls Querträger
bekannt, die von einem zentralen Längsträger geteilt werden.
Auch hier sind jedoch im Unterschied zum Erfindungsgegenstand die
Querträger fest mit dem Längsträger verbunden
und in eine Bodenbaugruppe integriert.
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Die
Erfindung behält konsequent die strukturelle und schwingungstechnische
Trennung eines Kraftfahrzeugs in einen Chassisrahmen und einen Fahrzeugaufbau,
wie an sich aus den eingangs genannten Schriften bekannt, bei, indem
die Querträgerhälften des Fahrzeugaufbaus nicht
unmittelbar am Zentralelement des Chassisrahmens anliegen, sondern
mit geringem Abstand davor enden.
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Das
erfindungsgemäße Fahrzeugkonzept wird maßgeblich
von der räumlichen Nähe der Endabschnitte des
Querträgers zum Zentralelement des Fahrzeugaufbaus bestimmt.
Dabei soll der Abstand zwischen den beiden Baugruppen des Fahrzeugs,
nämlich Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau so gering als
möglich bemessen sein, um eine Weiterleitung der Crashkraft
ohne nennenswerte Unterbrechung des Kraftflusses zu ermöglichen.
Der Abstand zwischen den Endabschnitten des Querträgers und
dem Zentralelement des Chassisrahmens soll dabei so gering als möglich
sein, wird jedoch durch die Fertigungstoleranzen von Chassisrahmen
und Fahrzeugaufbau begrenzt, da die Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau
auch bei ungünstiger Toleranzlage montierbar bleiben müssen.
Der Abstand beträgt weniger als drei Zentimeter, bevorzugt
weniger als zwei Zentimeter, besonders bevorzugt weniger als ein
Zentimeter.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Querträger
als Sitzquerträger ausgebildet und verläuft etwa
auf Höhe der Vordersitze. Hierdurch wird eine wirkungsvolle
Aussteifung der Karosserie gerade in einem für den Überlebensraum der
Insassen wichtigen Bereich gebildet. Selbstverständlich
kann (zusätzlich oder alternativ) im Bereich der Hintersitze
ein Sitzquerträger vorgesehen sein, dessen Hälften
zu beiden Seiten an das Zentralelement des Chassisrahmens heranreichen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Querträger
von einer Bodenplatte gebildet, die sich über eine größeren
Teil der Länge des Fahrzeugaufbaus erstreckt. Die Bodenplatte
ist quasi eine Mehrzahl von in Längsrichtung des Fahrzeugaufbaus
aneinandergereihten Querträgern und ist beispielsweise
als Sandwichplatte mit einer oberen und einer unteren Deckschicht
und einer dazwischen angeordneten Wabenschicht ausgebildet.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird
das Zentralelement des Chassisrahmens von einem geschlossenen Hohlprofil
gebildet. Hierdurch ergibt sich eine besonders hohe Steifigkeit
des Zentralelements, so dass sich die über den Querträger
eingeleiteten Crashkräfte wirkungsvoll am Zentralelement
abstützen können. Insgesamt entsteht somit eine
gegenüber seitlichen Crashkräften sehr stabile
Struktur aus Chassisrahmen und Fahrzeugaufbau.
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Ein
mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
in 2 als schematischer Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Kraftfahrzeug im Bereich eines Sitzquerträgers dargestellt
und wird nachfolgend näher erläutert.
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Die
Schnittdarstellung der 2 zeigt ein Kraftfahrzeug mit
einem Chassisrahmen 1 und einem Fahrzeugaufbau 2 im
Bereich des Sitzquerträgers 60, der Bestandteil
des Fahrzeugaufbaus 2 ist. Der Fahrzeugaufbau 2 hat
weiterhin einen Schweller 46, auf den eine B-Säule 48 aufgesetzt
ist. Hieran schließt sich der Sitzquerträger 60 mit
seinem linken Abschnitt 60l an. Im Bereich des Tunnels 44 des Fahrzeugaufbaus 2 endet
der linke Abschnitt 60l des Sitzquerträgers 60 in
unmittelbarer Nähe zu einem Zentralelement 10 eines
Chassisrahmens 1, ohne dass hierbei im Fahrbetrieb ein
Kontakt zwischen den beiden Baugruppen Chassisrahmen 1 und
Fahrzeugaufbau 2 besteht. Vielmehr ist das freie Ende des
linken Abschnitts 60l zum Zentralelement 10 des
Chassisrahmens 1 mit einem Spaltmaß d beabstandet. Gleiches
gilt analog für den rechten Abschnitt 60r des Sitzquerträgers 60.
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Der
Chassisrahmen 1 st eine torsions- und biegesteife Tragstruktur
zur Aufnahme der Vorder- und Hinterachse sowie des Antriebsaggregats
mit dem Antriebsstrang. Der Fahrzeugaufbau 2 dient der Aufnahme
der Fahrzeuginsassen. Das rohrförmige Zentralelement 10 verbindet
beispielsweise ein Frontmodul, das unter anderem einen Vorderachsträger
und das Antriebsaggregat aufnimmt, mit einem Heckmodul, das zum
Beispiel einen Hinterachsträger beinhaltet.
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Im
Fall eines Seitencrashs wird eine Crashkraft (Pfeil 104)
eingeleitet. Der Kraftfluss bei einem Seitencrash ist durch die
Kraftverlaufslinie 107 verdeutlicht. Im Unterschied zur
Umlenkung des Kraftflusses bei einer Karosserie nach dem Stand der Technik
gemäß 1 ist durch die Kraftweiterleitung aus
dem linken Abschnitt 60l des Sitzquerträgers 60, der
unter dem Einfluss der Krafteinwirkung zur Anlage am Zentralelement 10 des
Chassisrahmens 1 kommt, eine Weiterleitung der Kraft ohne
Höhensprung, in einer horizontalen Ebene, möglich.
Die eingeleitete Crashkraft wird vom steifen Zentralelement 10 weiter
auf den rechten Abschnitt 60r des Sitzquerträgers 60 übertragen
und somit in die rechte Hälfte der Struktur des Fahrzeugaufbaus 2 eingeleitet,
indem das geringe Spaltmaß d auf der rechten Seite des
Zentralelements 10 ebenfalls überbrückt wird.
Damit kann auch die rechte Hälfte des Fahrzeugaufbaus zum
Abbau der Crashkräfte beitragen. Die Überbrückung
des Spaltes d kann elastisch oder plastisch erfolgen.
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Zusammenfassend
lässt sich die vorliegende Erfindung wie folgt beschreiben:
Ein Kraftfahrzeug setzt sich aus einem Chassisrahmen 1 und
einem über Lagerelemente am Chassisrahmen 1 befestigten
Fahrzeugaufbau 2 zusammen. Ein geteilter Querträger 60 reicht
mit seinen fahrzeugmittigen Endabschnitten bis nahe an ein Zentralelement 10 des Chassisrahmens 1 heran.
Durch den geringen Abstand zwischen den Abschnitten 60l und 60r des Querträgers 60 zu
dem sehr steif ausgeführten Zentralelement 10 wird
bei einem Seitenaufprall des Kraftfahrzeugs eine optimale Kraftweiterleitung
in die crashabgewandte Hälfte des Kraftfahrzeugs erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - AT 208243 [0002]
- - EP 0653344 B1 [0002]
- - EP 0868338 B1 [0002]
- - US 2168436 [0010]
- - AT 178281 B [0011]
- - DE 19538456 A1 [0011]