DE102009034906A1

DE102009034906A1 - Vorderteil für eine Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102009034906A1
Application number: DE102009034906A
Authority: DE
Inventors: Volker Bernt; Theobald Hock; Rolf Ewert
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-03
Also published as: CN101985296B; RU2529579C2; RU2010131647A; CN101985296A; US20110049913A1

Abstract

Bei einem Vorderteil einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Stoßfänger (1) und einem den Stoßfänger (1) abstützenden unteren Stoßfängerträger (7) ist in dem unteren Stoßfängerträger (7) eine nach unten offene Aussparung (10) gebildet, aus der ein Spoiler (9) nach unten ausfahrbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorderteil einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Stoßfänger und einem den Stoßfänger abstützenden Stoßfängerträger.
Um neuere gesetzliche Anforderungen zum Fußgängerschutz bei Kraftfahrzeugunfällen zu erfüllen, sind Karosserievorderteile mit einem oberen und einem unteren Stoßfängerträger entwickelt worden, wobei der obere Stoßfängerträger im Allgemeinen hinter einer leicht stauchbaren äußeren Schicht einen robusten metallischen Querträger umfasst, der in der Lage ist, große Energiemengen bei einem starken Zusammenstoß aufzunehmen, wohingegen der untere Stoßfängerträger und die stauchbare Schicht vor dem oberen Stoßfängerträger im Hinblick auf die Anforderungen des Fußgängerschutzes optimiert sind, um bereits bei einer für einen Fußgängerunfall typischen niedrigen Kollisionsenergie nachzugeben.
Aus DE 103 24 514 A1 ist ein ausfahrbarer Frontspoiler für eine Kraftfahrzeugkarosserie bekannt. Dieser ist aus einer eingezogenen Position, in der er hinter einen Stoßfänger zurückspringt, und einer ausgefahrenen Position linear verschiebbar, in der er den Stoßfänger nach unten verlängert. Die Position des Frontspoilers soll automatisch in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit verstellt werden, wobei der Spoiler bei niedrigen Geschwindigkeiten eingezogen und bei hohen Geschwindigkeiten ausgefahren ist. Somit trägt ausgerechnet in dem niedrigen Geschwindigkeitsbereich, in dem eine geeignete Gestaltung des Karosserievorderteils tatsächlich einen wirksamen Schutz des Fußgängers vor schweren Verletzungen bewirken kann, der Spoiler zum Fußgängerschutz nicht bei.
Das gleiche Dilemma besteht bei dem aus DE 10 2004 013 754 A1 bekannten Frontspoiler.
Aus DE 30 03 568 A1 ist ein Karosserievorderteil bekannt, bei dem ein unterer Bereich des Stoßfängers und ein diesen unterstützender Träger bei niedrigen Geschwindigkeiten ausgefahren sind, so dass sie bei einem Zusammenstoß mit einem Fußgänger als erstes an dessen Beine anstoßen, um ihn auf die Motorhaube fallen zu lassen. Da der vorspringende untere Stoßfängerbereich bei höheren Geschwindigkeiten aerodynamisch nachteilig ist, wird er bei höheren Geschwindigkeiten in eine versenkte Stellung geklappt.
Bislang ist es noch nicht gelungen, die Anforderungen des Fußgängerschutzes mit einer geschwindigkeitsangepassten Aerodynamik des Vorderteils einer Kraftfahrzeugkarosserie zu verbinden.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Vorderteil einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Stoßfänger und einem den Stoßfänger abstützenden unteren Stoßfängerträger, bei dem in dem unteren Stoßfängerträger eine nach unten offene Aussparung gebildet ist, aus der ein Spoiler nach unten ausfahrbar ist. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen wird so eine Trennung zwischen dem unteren Stoßfänger und dem Spoiler eingeführt, die es ermöglicht, den unteren Stoßfängerträger im Wesentlichen für den Fußgängerschutz und den Spoiler für die Aerodyanmik zu optimieren. Indem der Spoiler bei niedrigen Geschwindigkeiten in die Aussparung eingefahren gehalten wird, beeinflusst er wenig oder gar nicht die Aerodynamik des Karosserievorderteils, trägt aber gleichzeitig, indem er die Aussparung ausfüllt, im eingefahrenen Zustand zur Steifigkeit des unteren Stoßfängers bei. Dies ermöglicht eine Gewichtseinsparung im Vergleich zu einem Vorderteil, bei dem der untere Stoßfängerträger und der Spoiler funktionsmäßig vollständig voneinander getrennt sind und die notwendige Steifigkeit des unteren Stoßfängerträgers allein durch dessen Wandstärke bereitgestellt werden muss. Zwar ist das erfindungsgemäße Vorderteil in Höhe des unteren Stoßfängerträgers geschwächt, wenn der Spoiler aus der Aussparung ausgefahren ist, doch ist eine damit verbundene Einschränkung der Fußgängerschutzwirkung bedeutungslos, wenn das Ausfahren des Spoilers bei hohen Geschwindigkeiten stattfindet, bei denen bekannte Karosserievorderteile ohnehin keinen wirksamen Fußgängerschutz mehr zu bieten vermögen.
Vorzugsweise ist der Spoiler widerstandsfähiger gegen Verformung als ein sich zwischen dem Spoiler und dem Stoßfänger erstreckender Bereich des Stoßfängerträgers. Das heißt die pro Wegeinheit der Verformung aufgenommene Energie ist beim Stoßfängerträger wesentlich kleiner als beim Spoiler. Dies kann so weit gehen, dass die Funktion des Stoßfängerträgers sich im Wesentlichen darauf reduziert, den Motorraum nach unten abzuschließen, während die Kollisionsenergie bei einem Zusammenstoß zu einem ganz überwiegenden Teil vom Spoiler aufgenommen wird.
Um die notwendige Festigkeit des Spoilers zu erreichen, ist dieser vorzugsweise wenigstens zu einem wesentlichen Teil aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere aus Polyamid, gefertigt.
Der Stoßfängerträger kann hingegen aus einem relativ nachgiebigen, preiswerten und bequem zu verarbeitendem Material wie etwa Polypropylen bestehen, das auch für den Stoßfänger selber verwendbar ist.
Vorzugsweise habender Spoiler und die Aussparung jeweils vordere Wände, die sich im eingefahrenen Zustand des Spoilers gegenüberliegen, so dass, wenn ein vorderer Bereich des unteren Stoßfängerträgers bei einem Zusammenstoß zurückweicht, der resultierende Druck vollständig und ohne den Spoiler aus der Aussparung heraus zu treiben, auf diesen übertragen werden kann. So trägt die Steifigkeit des Spoilers wirksam zur Steifigkeit des unteren Stoßfängerträgers bei.
Um den auf den Spoiler wirkenden Druck in seitlicher Richtung abzuleiten und in die Tragstruktur der Kraftfahrzeugkarosserie einzuleiten, ist der Spoiler vorzugsweise durch schräg zur Fahrzeuglängsrichtung orientierte Rippen verstärkt.
Da die Funktion des vorderen Bereichs des Stoßfängerträgers, die sich zwischen dem Stoßfänger und dem Spoiler erstreckt, im Wesentlichen die Kraftübertragung auf den Spoiler ist, ist dieser Bereich vorzugsweise durch in Fahrzeuglängsrichtung orientierte Rippen verstärkt.
Ebenfalls unter dem Gesichtspunkt der Kraftableitung hat der Spoiler zweckmäßigerweise einen in Draufsicht bogenförmigen Verlauf mit nach außen gekrümmter Vorderseite und an einer Tragstruktur der Karosserie, insbesondere einem Hilfsrahmen, abgestützten seitlichen Enden. Eine entsprechende bogenförmige Gestalt ergibt sich zweckmäßigerweise auch für die Aussparung, die den Spoiler im eingefahrenen Zustand aufnimmt.
Vorzugsweise sind die Enden des Spoilers an die Tragstruktur angelenkt, um zusätzlich zu ihrer Funktion der Kraftableitung als Scharniere für die Bewegung zwischen dem eingefahren und dem ausgefahrenen Zustand zu dienen.
Als ein weiteres versteifendes Element kann der untere Stoßfängerträger eine im Wesentlichen horizontale Platte umfassen, um die sich die Aussparung im Bogen erstreckt.
Um bei einem Zusammenstoß Kräfte in diese horizontale Platte wirksam einzuleiten, kann diese zweckmäßigerweise mit einer vertikalen Rückwand der Aussparung verbunden sein, der eine im eingefahrenen Zustand vertikale Rückwand des Spoilers gegenüberliegt.
Zweckmäßigerweise ist ferner ein Stellglied vorgesehen, um automatisch den Spoiler bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit in der eingefahrenen Stellung und bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit in der ausgefahrenen Stellung zu platzieren.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine Vorderansicht eines Stoßfängers für eine Kraftfahrzeugkarosserie;
2 eine Teilansicht des Stoßfängers von innen sowie eines ihn unterstützenden unteren Stoßfängerträgers und eines Spoilers; und
3 einen Schnitt entlang einer Längsmittelebene der Karosserie durch einen unteren Bereich des Stoßfängers, den unteren Stoßfängerträger und den Spoiler.
1 zeigt eine Vorderansicht eines – vorzugsweise aus Kunststoff tiefgezogenen – vorderen Stoßfängers 1 einer Kraftfahrzeugkarosserie. Der Stoßfänger 1 ist nach oben bis über eine Kühlergrillöffnung 2 hinaus verlängert, und seine obere Kante 3 grenzt unmittelbar an den vorderen Rand einer (nicht dargestellten) Motorhaube an. Randoffene Aussparungen 4 rechts und links von der Kühlergrillöffnung 2 sind vorgesehen, um Abblendscheinwerfer aufzunehmen. Weitere Öffnungen 5 unterhalb der Aussparungen 4 sind vorgesehen für andere Leuchten wie etwa Nebelleuchten, Blinker etc. Zwischen den Öffnungen 5 und unter der Kühlergrillöffnung 2 befindet sich eine weitere lang gestreckte Einlassöffnung 6 für Kühl- und Verbrennungsluft.
Der Stoßfänger 1 ist in seinen am weitesten nach vorn vorspringenden Bereichen, unmittelbar unterhalb der Einlassöffnung 6 sowie zwischen dieser und der Kühlergrillöffnung 2 durch einen unteren bzw. oberen Stoßfängerträger unterstützt, die, da hinter dem Stoßfänger 1 verborgen, in 1 schematisch als gestrichelte Umrisse 7 bzw. 8 eingezeichnet sind. Der obere Stoßfängerträger 8 kann in an sich bekannter Weise durch ein horizontales Stahlprofil gebildet sein, das mit der Innenfläche des Stoßfängers 1 über eine relativ nachgiebige, stauchbare Hartschaumschicht verbunden ist.
Der untere Stoßfängerträger 7 ist ein aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen, gespritztes Formteil, dessen Struktur anhand der 2 deutlich wird. Diese Figur zeigt, gesehen aus dem Fahrzeuginneren, einen Teil des Stoßfängers 1 sowie jeweils eine linke Hälfte des unteren Stoßfängerträgers 7 und eines. Frontspoilers 9. Der untere Stoßfängerträger 7 ist im Wesentlichen als eine horizontale Platte geformt, die durch eine sich im Bogen erstreckende, nach unten offene Aussparung 10 in einen vorderen Bereich 11 und einen hinteren Bereich 12 unterteilt ist. Der vordere Bereich 11 erstreckt sich bis in eine an der Innenseite des Stoßfängers 1 unter der Einlassöffnung 6 gebildete, nach hinten offene Nut, um den Stoßfänger 1 unmittelbar an seinem am weitesten nach vorne vorspringenden Punkt 13 zu verstärken.
Um eine für einen wirksamen Fußgängerschutz benötigte Steifigkeit des Karosserievorderteils einzustellen, können die plattenartigen Bereiche 11, 12 des Stoßfängerträgers 7 nach Bedarf durch Rippen 14, 15 verstärkt sein. 2 zeigt im vorderen Bereich 11 des Stoßfängerträgers 7 einen große Zahl von in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten Rippen 14, deren Aufgabe im Wesentlichen darin liegt, zu verhindern, dass der vordere Bereich 11 unter einem Aufprall sofort lokal kollabiert, und die Kraft des Aufpralls in den Frontspoiler 9 einzuleiten, dessen Widerstandsfähigkeit gegen Verformung wesentlich höher ist als die des Stoßfängerträgers 7. Eine oder mehrere in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Rippen 14 im vorderen Bereich 11 des Stoßfängerträgers 7 stellen sicher, dass die Längsrippen 14 nicht bereits unter geringer Last zur Seite ausweichen und so den Bereich 11 kollabieren lassen.
Die Aussparung 10 ist im Querschnitt rechteckig, mit vertikalen vorderen und hinteren Wänden 16, 17. Der in 1 im Wesentlichen in der Aussparung 10 versenkt gezeigte Frontspoiler 9 umfasst ein steifes, hoch belastbares Trägerprofil 18 aus glasfaserverstärktem Polyamid von im Wesentlichen H-förmigem Querschnitt, mit den Wänden 16, 17 in geringem Abstand gegenüberliegenden vertikalen Rippen 19, 20, einer sich zwischen den Rippen 19, 20 erstreckenden horizontalen Grundplatte 21 und sich nach Bedarf über die Grundplatte 21 erstreckenden Versteifungsrippen 22. Die Versteifungsrippen 22 erstrecken sich an Ober- und Unterseite der Grundplatte 21 überwiegend unter einem Winkel von in etwa 45° zur Fahrzeuglängsrichtung, um auf die vordere vertikale Rippe 19 vom vorderen Bereich 11 des Stoßfängerträgers 7 übertragenen Druck zur Seite und nach hinten, zu den Enden des Trägerprofils 18 hin, abzuleiten. An der vorderen vertikalen Rippe 19 des Trägerprofils 18 ist eine Schürze 23 angebracht, die auch in der dargestellten eingezogenen Stellung des Frontspoilers 9 aus der Aussparung 10 nach unten herausragt. Im Gegensatz zum Trägerprofil 18 ist die Schürze 23 zweckmäßigerweise flexibel, um beim Überfahren eines Hindernisses von geringer Höhe, das nicht bis an den Stoßfänger 1 heranreicht, nachgeben zu können. Im Gegensatz zum Trägerprofil 18 kann die Schürze daher aus einem relativ nachgiebigen Werkstoff bestehen; insbesondere kann sie wie der Stoßfänger 1 und der untere Stoßfängerträger 7 als Polypropylen gefertigt sein.
Die seitlichen Enden des Trägerprofils 18 sind als Gabeln 24 geformt, die um eine als strichpunktierte Linie eingezeichnete horizontale Achse schwenkbar an einem nicht dargestellten Hilfsrahmen der Karosserie angreifen, der in an sich bekannter Weise unter anderem den Motor und Teile des Getriebes abstützt. Auch der hintere Rand des unteren Stoßfängerträgers 7 ist an diesem Hilfsrahmen befestigt und ist zu diesem Zweck mit Löchern 25 versehen. Alternativ könnten die Enden des Trägerprofils auch an Längsträgern der Karosserie abgestützt sein.
Wenn ein Zusammenstoß mit einem Fußgänger stattfindet, während sich der Frontspoiler 9 in der in 2 gezeigten eingefahrenen Stellung befindet, wird zunächst der vordere Bereich 11 des unteren Stoßfängerträgers 7 zurückgedrängt, so dass sich der Spalt zwischen der Wand 16 und der Rippe 19 schließt. So wird das Trägerprofil 18 belastet, und ein Teil der Kraft des Zusammenstoßes wird durch das Trägerprofil 18 unmittelbar auf den Hilfsrahmen abgeleitet. Wenn sich auch das Trägerprofil 18 unter dem Aufprall verformt, schließt sich der Spalt zwischen der Rippe 20 und der Wand 17, und auch der hintere Bereich 12 des unteren Stoßfängerträgers 7 wird belastet und gegebenenfalls verformt. Das Trägerprofil 18 ist somit bei einem Zusammenstoß voll in die Struktur des Stoßfängerträgers 7 integriert.
Das Trägerprofil 18 ist in der eingezogenen Stellung durch einen Exzenterarm 26 gehalten, der sich durch eine Öffnung an der Oberseite der Aussparung 10 zu einem oben auf dem Stoßfängerträger 7 montierten Stellmotor 27 erstreckt. Der Stellmotor 27 ist an einen Tachometer des Fahrzeugs gekoppelt, um oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit von einigen zehn km/h den Frontspoiler 9 abzusenken.
3 zeigt in einem Längsschnitt den unteren Stoßfängerträger 7, einen Teil des Stoßfängers 1 und den Frontspoiler 9, einmal mit durchgezogenen Linien in der eingefahrenen Stellung und, gestrichelt, in der ausgefahrenen Stellung. In der ausgefahrenen Stellung ist das Trägerprofil 18 aus der Aussparung 10 ausgerückt, so dass es nicht mehr zur Steifigkeit des unteren Stoßfängerträgers 7 beiträgt. Auf diesen Beitrag kommt es allerdings bei hohen Geschwindigkeiten auch nicht an, da die Aufprallenergien, die Energiemengen, die vom unteren Stoßfängerträger 7 und dem Frontspoiler 9 dissipiert werden können, bei weitem übersteigen.
Der Verladewinkel, das heißt, der Winkel zwischen der Horizontalen und einer in 3 als strichpunktierte Linie eingezeichneten Ebene, die durch die Aufstandsflächen der Vorderräder verläuft und einen tiefstgelegenen Punkt der Fahrzeugkarosserie vor den Vorderrädern – hier den unteren Rand der Schürze 23 berührt, ist von 12° in der eingefahrenen Stellung auf 9° reduziert. Die Schürze 23 erstreckt sich in der ausgefahrenen Stellung schräg nach unten und nach hinten, wobei die Schrägstellung gegenüber der Darstellung der 3 noch verstärkt sein kann, wenn sich die Schürze 23 unter dem Druck des Fahrtwindes biegt. So bildet die Schürze 23 zusammen mit der darunter liegenden Fahrbahn eine Düse, in der die Geschwindigkeit des Fahrtwindes erhöht ist. Der daraus durch den Bernoulli-Effekt resultierende Unterdruck hält das Vorderteil der Karosserie gegen die Fahrbahn gedrückt und verbessert so deren Bodenhaftung.
Bezugszeichenliste

1: Stoßfänger
2: Kühlergrillöffnung
3: obere Kante
4: Aussparungen
5: Öffnung
6: Einlassöffnung
7: unterer Stoßfängerträger
8: oberer Stoßfängerträger
9: Frontspoiler
10: Aussparung
11: vorderer Bereich von 7
12: hinterer Bereich
13: vorderer Punkt
14: Rippe
15: Rippe
16: vordere Wand von 10
17: hintere Wand von 10
18: Trägerprofil
19: Rippe
20: Rippe
21: Grundplatte
22: Versteifungsrippe
23: Schürze
24: Gabel/Ende von 18
25: Loch
26: Exzenterarm
27: Stellmotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10324514 A1 [0003]
- DE 102004013754 A1 [0004]
- DE 3003568 A1 [0005]

Claims

Vorderteil einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Stoßfänger (1) und einem den Stoßfänger (1) abstützenden unteren Stoßfängerträger (7), dadurch gekennzeichnet, dass in dem unteren Stoßfängerträger (7) eine nach unten offene Aussparung (10) gebildet ist, aus der ein Spoiler (9) nach unten ausfahrbar ist.
Vorderteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spoiler (9) widerstandsfähiger gegen Verformung ist als ein sich zwischen dem Spoiler (9) und dem Stoßfänger (1) erstreckender Bereich (11) des Stoßfängerträgers (7).
Vorderteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spoiler (9) wenigstens zu einem wesentlichen Teil (18) aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere Polyamid, gefertigt ist.
Vorderteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßfängerträger (7) aus Polypropylen gefertigt ist.
Vorderteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im eingefahrenen Zustand des Spoilers (9) eine vertikale vordere Wand (19) des Spoilers (9) einer vertikalen vorderen Wand (16) der Aussparung (10) gegenüber liegt.
Vorderteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spoiler (9) eine im eingefahrenen Zustand im wesentlichen horizontale Grundplatte (21) aufweist.
Vorderteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spoiler (9) durch schräg zur Fahrzeuglängsrichtung orientierte Rippen (22) verstärkt ist.
Vorderteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich zwischen dem Spoiler (9) und dem Stoßfänger (1) erstreckender Bereich (11) des Stoßfängerträgers (7) durch in Fahrzeuglängsrichtung orientierte Rippen (14) verstärkt ist.
Vorderteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spoiler (9) und vorzugsweise auch die Aussparung (10) in Draufsicht bogenförmig mit nach außen gekrümmter Vorderseite ist.
Vorderteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei seitlichen Enden (24) des Spoilers (9) an einer Tragstruktur, insbesondere einem Hilfsrahmen, der Karosserie angreifen.
Vorderteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (24) des Spoilers (9) an die Tragstruktur angelenkt sind.
Vorderteil nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Stoßfängerträger (7) eine im wesentlichen horizontale Platte (12) umfasst, um die sich die Aussparung (10) im Bogen erstreckt.
Vorderteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen horizontale Platte (12) mit einer vertikalen Rückwand (17) der Aussparung verbunden ist, der eine im eingefahrenen Zustand vertikale Rückwand (20) des Spoilers (9) gegenüber liegt.
Vorderteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Stellglied (27), das eingerichtet ist, den Spoiler (9) bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit in der eingefahrenen Stellung und bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit in der ausgefahrenen Stellung zu platzieren.