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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik und betrifft nach ihrer Gattung eine Frontstruktur eines mit einer selbsttragenden Karosserie ausgestatteten Kraftfahrzeugs mit einem zwei Vorderrahmenprofile umfassenden Vorderrahmen. Des Weiteren erstreckt sie sich auf ein mit einer solchen Frontstruktur ausgerüstetes Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Moderne Kraftfahrzeuge sind in der Regel mit einer selbsttragenden Karosserie versehen, die im Vergleich zu einer auf einem Rahmen aufgebauten Karosserie eine Gewichts- und Kostenreduktion ermöglicht. In der selbsttragenden Karosserie nehmen die Bauteile in ihrer Gesamtheit die eingeleiteten Kräfte auf, wobei die Steifigkeit der Karosserie durch hohle Blechquerschnitte (”Schalenbauteile”) und die kompakte Blechaußenhaut erreicht wird.
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In einer den Fachleuten beispielsweise aus der industriellen Serienfertigung bekannten Bauweise besitzen selbsttragende Karosserien einen die Fahrgastzelle nach unten hin abschließenden Unterboden, der über eine Mehrzahl Hochstreben (”Säulen”) mit dem Fahrzeugdach verbunden ist. Der Unterboden besteht aus mehreren Modulen, die gewöhnlich als Blechteile bei der Fahrzeugfertigung zusammengeschweißt werden. Hierzu gehören unter anderem die Seitenschweller, Sitzquerträger, Sitzauflagen und der Tunnel. Zwischen diesen Modulen befinden sich Bodenplatten. Häufig sind die beiden in Fahrzeuglängsrichtung sich erstreckenden Seitenschweller vorne durch einen in Fahrzeugquerrichtung sich erstreckenden Stirnwandquerträger miteinander verbunden, wodurch eine Rahmenstruktur geformt wird. Eine mit dem Stirnwandquerträger verbundene Stirnwand schafft eine räumliche Trennung zwischen der Fahrgastzelle und dem Karosserievorderbau. Die Stirnwand kann sich beispielsweise bis zu einem die Windschutzscheibe von unten her aufnehmenden Profilträger erstrecken.
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Eine gattungsgemäße Frontstruktur eines Kraftfahrzeugs mit selbsttragender Karosserie umfasst- zur Formung eines Vorderrahmens zwei in Fahrzeuglängsrichtung sich erstreckende Vorderrahmenprofile, die an einem Ende insbesondere in Verlängerung der beiden Seitenschweller am Stirnwandquerträger befestigt sind. Eine solche Frontstruktur wird derzeit beispielsweise in Fahrzeugen des Typs ”Opel Corsa” verbaut. An ihren freien Enden können die beiden Vorderrahmenprofile über eine in Fahrzeugquerrichtung sich erstreckende Stoßstange miteinander verbunden sein, die gewöhnlich von einem Frontspoiler verkleidet ist. Der Vorderrahmen dient in der Regel zur Befestigung diverser Aggregate, wie Wärmetauscher, Motorlagerung, Batterieträger, ABS-Halter und dergleichen. Unterhalb des Vorderrahmens ist häufig ein am Vorderrahmen angebrachter Hilfsrahmen vorgesehen, der das Antriebsaggregat, bestehend aus Motor und Getriebe, sowie die Elemente der Achsaufhängung trägt.
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Aufgabenstellung
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Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine herkömmliche Frontstruktur eines Kraftfahrzeugs mit selbsttragender Karosserie in vorteilhafter Weise weiterzubilden. Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Frontstruktur eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine Frontstruktur eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Die Frontstruktur umfasst gattungsgemäß einen Vorderrahmen, der zwei im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung sich erstreckende Vorderrahmenprofile aufweist, die jeweils an einem mit einer Stirnwand verbundenen, im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung sich erstreckenden Stirnwandwandquerträger befestigt sind.
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Die erfindungsgemäße Frontstruktur zeichnet sich in wesentlicher Weise dadurch aus, dass die beiden Vorderrahmenprofile jeweils durch ein Stützprofil gegen den Stirnwandquerträger so abgestützt sind, dass auf die Vorderrahmenprofile in Fahrzeugquerrichtung (insbesondere zur Fahrzeugmitte hin) einwirkende Kräfte oder Kraftkomponenten in den Stirnwandquerträger eingeleitet werden können. Die beiden Stützprofile sind zu diesem Zweck jeweils sowohl am Stirnwandquerträger als auch am Vorderrahmenprofil befestigt.
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Durch diese Maßnahme kann in vorteilhafter Weise die Festigkeit der Frontstruktur im Crash-Fall verbessert werden, was eine Verminderung von Blechstärken der Strukturbauteile der Frontstruktur ermöglicht. Weitere Vorteile der Erfindung sind in der Beschreibung des konkreten Ausführungsbeispiels angegeben.
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Die Stützprofile können beispielsweise aus einem Eisenmetallwerkstoff, insbesondere Stahl, gefertigt sein. Alternativ können die Stützprofile beispielsweise aus einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, gefertigt sein. Denkbar wäre jedoch auch, die Stützprofile aus einem nichtmetallischen Werkstoff herzustellen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Frontstruktur weisen die Stützprofile jeweils ein zumindest annähernd U- oder V-förmiges Querschnittsprofil auf. Durch diese Maßnahme kann eine besonders hohe Festigkeit der Stützprofile, sowie ein zuverlässiges und sicheres Einleiten von in Fahrzeugquerrichtung wirkenden Kräften bzw. Kraftkomponenten von den Vorderrahmenprofilen in den Stirnwandquerträger erreicht werden. Insbesondere in diesem Fall kann es von Vorteil sein, wenn die Stützprofile jeweils in Aufsicht zumindest annähernd dreieckförmig ausgebildet sind, wobei die Stützprofile jeweils Flächenabschnitte aufweisen, welche die Vorderrahmenprofile umgreifen. Durch diese Maßnahme können die Stützprofile in besonders einfacher Weise technisch realisiert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Frontstruktur weisen die Stützprofile jeweils einen den Stirnwandquerträger und das Vorderrahmenprofil miteinander verbindenden Randabschnitt auf, der insbesondere in Aufsicht (Blickrichtung entgegen Fahrzeughochrichtung) in einem Winkel von ca. 45° schräg zur Fahrzeuglängsrichtung angestellt ist. Durch diese Maßnahme kann ein zuverlässiges und sicheres Einleiten von in Fahrzeugquerrichtung wirkenden Kräften bzw. Kraftkomponenten von den Vorderrahmenprofilen in den Stirnwandquerträger erreicht werden.
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Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Kraftfahrzeug, das mit einer solchen Frontstruktur ausgestattet ist.
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Ausführungsbeispiel
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Gleiche bzw. gleich wirkende Elemente sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen
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1 eine perspektivische Frontansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Frontstruktur eines Kraftfahrzeugs;
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2 einen in 1 durch einen strichpunktierten Kreis kenntlich gemachten Ausschnitt der Frontstruktur in vergrößerter Darstellung;
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3 eine Schnittansicht gemäß Schnitt A-A in 2;
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4 eine Schnittansicht gemäß Schnitt B-B in 3;
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5 eine Variante zur Schnittansicht von 4.
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Sei zunächst 1 betrachtet, worin ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Frontstruktur, welche insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnet ist, in einer Vorderansicht entlang der Fahrzeuglängsrichtung gezeigt ist. In Einklang mit den herkömmlichen Richtungsbezeichnungen im Fahrzeugbau sind die Fahrzeughochrichtung mit ”z” und die Fahrzeugquerrichtung mit ”y” angegeben. Entsprechend ist die Fahrzeuglängsrichtung (”x”) senkrecht zur Papierebene (in Blickrichtung) gerichtet, was in den Figuren nicht angegeben ist.
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Die Frontstruktur 1 des Kraftfahrzeugs ist Teil einer selbsttragenden Karosserie. Sie umfasst zur Formung eines insgesamt mit der Bezugszahl 6 bezeichneten Vorderrahmens zwei in Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung sich erstreckende Vorderrahmenprofile 2, die an einem im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung (y) sich erstreckenden, unteren Stirnwandquerträger 3 befestigt sind. Sowohl die beiden Vorderrahmenprofile 2 als auch der untere Stirnwandquerträger 3 sind durch in der industriellen Serienfertigung übliche Herstellungsverfahren als Blechprofilteile geformt und miteinander verschweißt. Insbesondere weisen die beiden Vorderrahmenprofile 2 jeweils eine zur Seite (Fahrzeugaußenseite) hin offene U-Form auf, die durch nicht dargestellte Schließbleche geschlossen werden, wodurch eine gewisse Formstabilität, insbesondere Torsionssteifigkeit, erreicht werden kann. Die beiden Vorderrahmenprofile 2 sind an ihren der Fahrgastzelle zugewandeten Enden jeweils am unteren Stirnwandquerträger 3 in Verlängerung von in Fahrzeuglängsrichtung sich erstreckenden Seitenschwellern (nicht gezeigt) angebracht, so dass durch die Vorderrahmenprofile beispielsweise bei einem Frontal-Crash aufgenommene Kräfte in die Seitenschweller eingeleitet werden können. Durch diese Maßnahme wird ein Crash-Lastpfad bereitgestellt.
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An ihren von der Fahrgastzelle abgewandten, freien Enden können die beiden Vorderrahmenprofile 2 durch eine in Fahrzeugquerrichtung (y) sich erstreckende Stoßstange miteinander verbunden werden, was in den Figuren nicht gezeigt ist. Wie üblich kann der durch die beiden Vorderrahmenprofile 2 geformte Vorderrahmen 6 zum Tragen diverser Aggregate, wie Wärmetauscher, Motorlagerung, ABS-Halter und dergleichen dienen.
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Am unteren Stirnwandquerträger 3 ist eine in Fahrzeugquerrichtung (y) sich erstreckende Stirnwand 4 befestigt, durch die eine räumliche Trennung zwischen Fahrgastzelle und Karosserievorderbau erfolgt. Zumindest gedanklich kann die Stirnwand 4 in einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt unterteilt werden, wobei der obere Abschnitt im Wesentlichen einen Armaturenbereich der Fahrgastzelle und der untere Abschnitt einen Pedalbereich der Fahrgastzelle vom Karosserievorderbau trennt. Die Stirnwand 4 ist mit einer Mehrzahl Öffnungen 5 versehen, welche einen Durchtritt von beispielsweise Lenksäule und Schaltgestänge, sowie eine Verbindung der vom Vorderrahmen getragenen Aggregate mit diversen Steuereinrichtungen ermöglichen.
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An die Stirnwand 4 ist weiterhin jeweils seitlich eine gewöhnlich als ”Radeinbau” bezeichnete Karosseriekomponente befestigt, die einer fahrzeugseitigen Abdeckung der Räder dienen. Der Radeinbau ist hier insgesamt mit der Bezugszahl 7 gekennzeichnet. An jedem Radeinbau 7 ist ein Federbeindom 8 erkennbar, der zur Lagerung eines Endabschnitts eines Federbeins dient. Der genaue Aufbau des Radeinbaus 6 ist für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlich, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss.
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Somit sind in der Frontstruktur 1 die beiden Vorderrahmenprofile 2 zumindest annähernd senkrecht, d. h. in einem Winkel von ca. 90°, zum unteren Stirnwandquerträger 3 angeordnet.
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Wie insbesondere in der vergrößerten Darstellung von 2 erkennbar ist, verfügt die Frontstruktur 1 weiterhin über zwei Stützprofile 9, die im Anbindungsbereich der Vorderrahmenprofile 2 an den unteren Stirnwandquerträger 3 auf der jeweils der Fahrzeugmitte zugewandten Seite der Vorderrahmenprofile 2 angeordnet sind. Hierbei ist jedes Stützprofil 9 so, platziert, dass es auf das zugehörige Vorderrahmenprofil 2 in Fahrzeugquerrichtung (y) insbesondere zur Fahrzeugmitte hin einwirkende Kräfte bzw. Kraftkomponenten in den Stirnwandquerträger 3 einleiten kann. Durch diese Maßnahme kann ein Ab- bzw. Einknicken der beiden Vorderrahmenprofile 2 bei einer seitlichen Krafteinwirkung, wie sie insbesondere bei einem Offset-Crash auftritt, zuverlässig und sicher vermieden werden. Ein scharnier- bzw. gelenkartiges Verhalten der beiden Vorderrahmenprofile 2 im Übergangsbereich zum unteren Stirnwandquerträger 3 kann verhindert werden. Zur Verdeutlichung ist dieser Übergangsbereich in 3 durch einen Kreis gekennzeichnet.
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Die Stützprofile 9 haben in Aufsicht eine zumindest annähernd dreieckige Form und weisen bezüglich eines Schnitts in Fahrzeughochrichtung (z) ein zumindest annähernd U- bzw. V-förmiges Querschnittsprofil auf. Jedes Stützprofil 9 verfügt hierbei über zwei zumindest annähernd ebene Flächenabschnitte 12, welche den Schenkeln der U- bzw. V-Form in der Schnittansicht entsprechen, die durch einen Verbindungsabschnitt 13 miteinander verbunden sind. Mit den beiden Flächenabschnitten 12 umgreifen die Stützprofile 9 zumindest teilweise die mit dem Stirnwandquerträger 3 verbundenen Endbereiche der Vorderrahmenprofile 2.
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Wie insbesondere aus der in 3 gezeigten Schnittansicht hervorgeht, ist ein durch den Verbindungsabschnitt 13 in einer durch die Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerrichtung aufgespannten Ebene geformter Randabschnitt 14 zur Fahrzeuglängsrichtung (x) und zur Fahrzeugquerrichtung (y) geneigt, so dass sich in der Schnittansicht ein in etwa dreieckförmiger Zwischenraum 11 zwischen Randabschnitt 14, Stirnwandquerträger 3 und Vorderrahmenprofil 2 ergibt. In der Schnittansicht von 3 ist der Randabschnitt 14 als gerade Linie zwischen dem Stirnwandquerträger 3 und dem Vorderrahmenprofil 2 erkennbar. Der Randabschnitt 14 des Verbindungsabschnitts 13 erstreckt sich somit in einem Winkel von beispielsweise ca. 45° zur Fahrzeuglängsrichtung (x) und in einem Winkel von beispielsweise ca. 45° zur Fahrzeugquerrichtung (y), wobei der in 3 durch einen Kreis kenntlich gemachte Übergangs- bzw. Eckbereich überbrückt wird. In entsprechender Weise öffnet sich das U- bzw. V-förmige Profil der Stützprofile 9 nach hinten in einem Winkel von ca. 45° zur Fahrzeuglängsrichtung (x) zur Fahrzeugaußenseite hin.
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Durch den schrägen Verlauf jedes Stützprofils 9 zwischen dem Vorderrahmenprofil 2 und dem unteren Stirnwandquerträger 3 wird das zugehörige Vorderrahmenprofil 2 bezüglich einer in Fahrzeugquerrichtung (y) zur Fahrzeugmitte hin wirkenden Kraft bzw. Kraftkomponente gestützt. Zu diesem Zweck sind die Stützprofile 9 jeweils an abgebogenen Befestigungsrändern 10 der beiden Flächenabschnitte 12 sowohl am Stirnwandquerträger 3 als auch am zugehörigen Vorderrahmenprofil 2 befestigt. Vorzugsweise sind die Stützprofile 9 jeweils als Blechprofil ausgeführt, wobei eine Befestigung der Stützprofile 9 am Stirnwandquerträger 3 und am Vorderrahmenprofil 2 durch Einsatz herkömmlicher Befestigungstechniken, wie Schweißen, Nieten, Clinchen, Kleben und Stanzen erfolgen kann. Denkbar wäre jedoch auch, die Stützprofile 9 aus einem nichtmetallischen Material zu fertigen und andere Befestigungstechniken einzusetzen.
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Durch das in 4 erkennbare U- bzw. V-förmige Schnittprofil der Stützprofile 9 können diese besonders stabil ausgeführt werden. Die in 4 und 5 gezeigten Varianten unterscheiden sich lediglich dadurch, dass in 4 der untere Stirnwandquerträger zweiteilig ausgeführt ist, während er in 5 einteilig ausgeführt ist.
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Die Erfindung stellt eine Frontstruktur 1 für ein Kraftfahrzeug mit selbsttragender Karosserie zur Verfügung, bei welcher kritische Strukturknotenpunkte, nämlich die Anbindung der Vorderrahmenprofile 2 an den unteren Stirnwandquerträger 3 durch die Stützprofile 9 gestützt werden. Durch die beiden Stützprofile 9 kann die Torsionssteifigkeit und die Festigkeit der Frontstruktur im Crash-Fall (Crash-Performance) in wesentlicher Weise verbessert werden, da in Fahrzeugquerrichtung wirkende Kräfte bzw. Kraftkomponenten in den unteren Stirnwandträger eingeleitet werden können, ohne dass die Gefahr eines scharnierartigen Ab- bzw. Wegknickens der Vorderrahmenprofile 2 besteht. Das Faltverhalten der Frontstruktur insbesondere bei einem Offset-Crash kann durch die beiden Stützprofile 9 gezielt gesteuert werden. Im Karosseriebau erlaubt die Frontstruktur 1 durch die Möglichkeit einer gezielten Krafteinleitung in den unteren Stirnwandquerträger 3 eine Verminderung der Blechdicken der Karosseriebauteile der Frontstruktur 1 wodurch in vorteilhafter Weise Fahrzeuggewicht und Herstellungskosten eingespart werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Frontstruktur
- 2
- Vorderrahmenprofil
- 3
- Stirnwandquerträger
- 4
- Stirnwand
- 5
- Öffnung
- 6
- Vorderrahmen
- 7
- Radeinbau
- 8
- Federbeindom
- 9
- Stützprofil
- 10
- Befestigungsrand
- 11
- Zwischenraum
- 12
- Flächenabschnitt
- 13
- Verbindungsabschnitt
- 14
- Randabschnitt
