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Die Erfindung betrifft einen Kraftwagen, insbesondere mit einem Heck- oder Mittelmotor, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Solche Kraftwagen sind dem Stand der Technik als allgemein bekannt zu entnehmen. Die Verbindung von Trägerelementen der Karosserie über jeweilige Knotenelemente ist als sog. Spaceframe-Bauweise bekannt.
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Spaceframes, auch als Raumfachwerke bekannt, ermöglichen die Konstruktion von Karosserien, deren Trägerelemente in ihrer Lage optimal auf im Betrieb zu erwartende Lastpfade angepasst werden können. Eine solche Karosserie ist beispielsweise in der
DE 10 2004 049 033 B4 bekannt.
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Von besonderer Bedeutung ist es hierbei, eingeleitete Kräfte – beispielsweise im Fall eines Unfalls – über möglichst viele Lastpfade zu verteilen. Bei bekannten Karosserien macht dies eine Vielzahl von Knotenpunkten im Raumfachwerk notwendig. Dies führt zu hohen Herstellungskosten solcher Karosserien, da die Knotenelemente aufwändig als Druckgussbauteile gefertigt werden müssen und oftmals auch einer komplexen spanenden Nachbehandlung unterzogen werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Kraftwagen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiter zu entwickeln, dass eine besonders gute Kraftverteilung in der Karosserie bei gleichzeitig geringer Anzahl von Knotenelementen erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein solcher Kraftwagen umfasst eine Heck- oder Frontkarosseriestruktur, welche eine Mehrzahl von Trägerelementen aufweist, welche in Knotenbereichen verbunden sind. Unter Heckkarosseriestruktur soll dabei derjenige Teil der Karosserie verstanden werden, der in Fahrzeuglängsrichtung hinter einer Rückwand der Fahrgastzelle der Karosserie liegt, als Frontkarosseriestruktur der Bereich, der vor einer Stirnwand der Fahrgastzelle liegt. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass in jedem der Knotenbereiche jeweils wenigstens 4 Trägerelemente verbunden sind. Über ein Trägerelement in einen Knotenbereich eingeleitete Kräfte können also von einer Mehrzahl von Trägerelementen weitergeleitet werden, wodurch sich eingeleitete Kräfte besonders gut über die gesamte Struktur verteilen. Die Trägerelemente können in den Knotenbereichen direkt miteinander verbunden sein, es ist jedoch auch die Verwendung von Knotenelementen zum mittelbaren Verbinden der Trägerelemente in den Knotenbereichen möglich. Durch die Verwendung von Knotenelementen, die zum Verbinden von wenigstens vier Trägerelementen ausgebildet sind, kann eine besonders gute Kraftverteilung bei einer nur geringen Anzahl von Knotenelementen realisiert werden. Ein solcher Kraftwagen ist daher in seiner Herstellung besonders günstig.
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Bevorzugt weist die Karosseriestruktur drei in Fahrzeughochrichtung übereinander angeordnete Längsträgerebenen auf. Damit können im Falle eines Heckaufpralls eingeleitete Kräfte auf allen drei Ebenen in Richtung der Fahrzeugfront weitergeleitet werden, sodass es insgesamt zu einer nur geringen Deformation der Heckkarosseriestruktur kommt. Damit ist eine solche Karosserie im Fall eines Heckaufpralls besonders sicher für Insassen des Fahrzeugs. Gleichzeitig ist es möglich, Hauptlastpfade für unfallbedingte Kräfte von Lastpfaden einer Federbeinlagerung oder einer Motorlagerung zumindest teilweise abzutrennen, sodass Federbein- bzw. Motorlager im Fall eines Bagatellunfalls mit einem Heckaufprall nicht beeinträchtigt werden.
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Einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Trägerelement der in Fahrzeughochrichtung unteren Längsträgerebene über ein erstes Knotenelement mit wenigstens einem Trägerelement der in Fahrzeughochrichtung mittleren Längsträgerebene verbunden. Die untere und mittlere Längsträgerebene weisen also ein gemeinsames Knotenelement auf, das gleichzeitig zur Kraftleitung zwischen diesen Ebenen ausgelegt ist. Das Knotenelement vereint also vorteilhafterweise eine Verbindungs- mit einer Versteifungsfunktion.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Trägerelement der oberen Längsträgerebene mit einem zweiten Knotenelement verbunden. Erstes und zweites Knotenelement sind bevorzugt über eine Stützstrebe miteinander verbunden, so dass ein Kraftfluss zwischen beiden Knotenelementen und damit zwischen allen Längsträgerebenen ermöglicht ist. Bevorzugt ist das zweite Knotenelement weiterhin über eine zweite Stützstrebe mit einem Trägerelement der unteren Längsträgerebene verbunden. Damit stehen zwei Kraftpfade mit im Wesentlichen vertikalem Verlauf zur Verfügung. Hierdurch können von einem Fahrwerk des Kraftwagens eingeleitete Kräfte besonders gut abgestützt werden.
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Wenigstens eines der Knotenelemente ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt mit einem Motorlager und/oder einer Federbeinaufnahme verbunden. Vom Fahrwerk und/oder vom Motor eingeleitete Kräfte werden so vorteilhafterweise an der gesamten Heckkarosseriestruktur abgestützt.
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Nachfolgend soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der Heckkarosseriestruktur für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftwagens; und
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2 eine schematische Darstellung der Lastpfade in einer Heckkarosseriestruktur gemäß 1.
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Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Heckkarosseriestruktur für einen Kraftwagen weist drei Längsträgerebenen auf. In einer unteren Längsträgerebene 12 ist ein Seitenschweller 14 mit einem Knotenelement 16 verbunden. Unter Knotenelement soll im Folgenden ein Element – beispielsweise ein Gussbauteil – zum mittelbaren Verbinden von Trägerteilen in einem Knotenbereich verstanden werden. In der unteren Längsträgerebene 12 schließt sich in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten an das Knotenelement 16 ein weiterer unterer Längsträger 18 an. Das Knotenelement 16 erstreckt sich in Fahrzeughochrichtung bis auf Höhe einer mittleren Längsträgerebene 20. Das Knotenelement 16 kann auch zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein erster Teil in der unteren Längsträgerebene 12 und ein zweiter Teil in der mittleren Längsträgerebene 20 angeordnet ist.
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Auf Höhe der mittleren Längsträgerebene 20 ist an das Knotenelement 16 ein parallel zum Längsträger 18 verlaufender mittlerer hinterer Längsträger 22 angebunden, der an seinem in Fahrzeuglängsrichtung hinteren Ende mit einem Stoßfängerquerträger 24 verbunden ist. Eine Stützstrebe 26 ist auf Höhe der mittleren Längsträgerebene 20 ebenfalls mit dem Knotenelement 16 verbunden und erstreckt sich in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und in Fahrzeughochrichtung nach unten, bis es im Bereich einer B-Säulenwurzel 28 auf den Seitenschweller 14 trifft.
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Nach oben hin ist das Knotenelement 16 über eine weitere Stützstrebe 30 mit einem zweiten Knotenelement 32 verbunden, welches auf Höhe einer oberen Längsträgerebene 34 angeordnet ist. Auch auf Höhe der oberen Längsträgerebene 34 erstreckt sich ein parallel zu den Längsträgern 18, 22 verlaufendes Längsträgerelement 36 in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten. Über eine Stützstrebe 38 ist das zweite Knotenelement 32 mit dem Längsträger 18 an der unteren Längsträgerebene 12 verbunden. Die Stützstrebe 38 ist weiterhin mit dem mittleren Längsträger 22 verbunden. Dieser kann auch zweiteilig ausgebildet sein, wobei eine Trennungsebene der Teile im Verbindungsbereich mit der Stützstrebe 38 angeordnet ist, mit welcher dann beide Teile verbunden sind. Ein in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne verlaufender Längsträger 40 der oberen Längsträgerebene 34 stellt schließlich die Anbindung zu einem in der Figur nicht gezeigten Dachrahmenträger her.
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Umschlossen von der Heckkarosseriestruktur 10 sind der Mittelmotor 42 sowie das Getriebe 44 des Kraftwagens. Der Motor ist dabei an dem Knotenelement 16 und/oder dem Knotenelement 32 gelagert. Das Getriebe 44 befindet sich in Fahrzeuglängsrichtung hinter dem Motor und kann an den Längsträgern 18 und/oder 22 gelagert werden.
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Die Heckkarosseriestruktur 10 stellt eine Vielzahl von Kraftpfaden zur Verfügung, die sowohl von einem Fahrwerk in die Heckkarosseriestruktur 10 eingebrachte Kräfte als auch im Fahrbetrieb auftretende Verwindungskräfte, sowie bei einem Heckaufprall einwirkende Lasten aufnehmen können. Der Verlauf der Kraftpfade in der Heckkarosseriestruktur 10 ist schematisch in 2 dargestellt. Vom Fahrwerk ausgeübte Kräfte wirken in Hochrichtung des Kraftwagens in Richtung des Pfeiles 44 auf das zweite Knotenelement 32 ein. Das Knotenelement 32 bildet zusammen mit den Stützstreben 38 und 30 sowie dem Knotenelement 16 und dem Längsträger 18 eine dreieckige Struktur aus. Diese ist in Fahrzeuglängsrichtung durch den Längsträger 22 noch weiter versteift. In Richtung des Pfeiles 44 auf das Knotenelement 32 einwirkende Fahrwerkskräfte werden von dieser dreieckigen Struktur abgestützt und in Richtung der Pfeile 46, 48 weitergeleitet. Durch die Stützstrebe 26 erfolgt dabei eine weitere Abstützung nach vorne.
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Die Stützstrebe 26 bildet mit dem Seitenschweller 14 sowie dem Knotenelement 16 eine weitere dreieckige Struktur aus. In Richtung des Pfeiles 50 einwirkende Kräfte entstehen insbesondere durch Verwindungen der Karosseriestruktur 10 und werden von dieser Dreiecksstruktur abgestützt. Sie werden dabei auf das Knotenelement 16 übertragen, wobei die Dreiecksstruktur aus den Stützstreben 30, 38 sowie dem Längsträger 22 eine weitere Abstützung bietet. Auch Verwindungslasten in Richtung des Pfeiles 52 werden somit von der Heckkarosseriestruktur 10 gut aufgenommen. Eine weitere Abstützung gegenüber Verwindungslasten wird durch eine weitere dreieckige Struktur aus den Längsträgern 40, 41 in Verbindung mit dem Knotenelement 32 erzielt. Verwindungskräfte in Richtung des Pfeiles 54 werden von dieser Dreiecksstruktur aufgenommen und in die nicht dargestellte B-Säule sowie den Dachrahmenträger des Kraftwagens übertragen. Insgesamt wird so eine besonders verwindungssteife Heckkarosseriestruktur 10 geschaffen.
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Die Heckkarosseriestruktur 10 bietet weiterhin besonders guten Schutz gegenüber bei einem Heckaufprall einwirkenden Kräften. Bei einem Heckaufprall werden Kräfte in Richtung der Pfeile 56 gleichmäßig auf alle Längsträgerebenen 12, 20, 34 eingeleitet. Bei einem Bagatellunfall mit nur geringer Krafteinleitung kann dabei der Stoßfängerquerträger 24 sowie gegebenenfalls zwischen dem Stoßfängerquerträger 24 und dem Längsträger 22 angeordnete, in den Figuren nicht dargestellte Crashboxen aufgenommen werden, ohne dass es zu Beschädigungen der restlichen Heckkarosseriestruktur 10 kommt. Übersteigen die unfallbedingten Krafteinwirkungen das Energieabsorptionsvermögen des Stoßfängerträges 24 und der Crashboxen, so kommt es zu einer gleichmäßigen Krafteinleitung in alle Längsträgerebenen 12, 20, 34.
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Auf der oberen Längsträgerebene 34 verläuft der Lastpfad für bei einem Heckaufprall einwirkende Kräfte zunächst entlang des Pfeiles 58 auf das Knotenelement 32. Die Dreiecksstruktur aus dem Knotenelement 32 sowie den Längsträgern 40, 41 wirkt auch hier zur Stabilisierung. Die unfallbedingt in die obere Längsträgerebene 34 eingeleiteten Kräfte verteilen sich entlang der Pfeile 60, 62 auf die beiden Längsträger 40, 41, so dass beide Längsträger nur schwach belastet werden. Von dort können die Kräfte auf die nicht gezeigte B-Säule sowie auf den ebenfalls nicht gezeigten Dachlängsträger des Kraftwagens weitergeleitet werden.
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Auf der mittleren Längsträgerebene 20 eingeleitete Kräfte werden über den Längsträger 22 entlang des Pfeiles 64 auf das Knotenelement 16 übertragen. Durch die Stützstrebe 26 können diese Kräfte entlang des Pfeiles 66 in Richtung des Seitenschwellers 14 abgeleitet werden. Die Dreiecksstruktur aus zweitem Knotenelement 32, Stützstreben 30, 38, erstem Knotenelement 16 und unterem hinterem Längsträger 18 bewirkt dabei eine Stabilisierung der Längsträgerebenen 12, 20, 34 gegeneinander und vermeidet eine Scherung bei unfallbedingter Krafteinleitung.
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Auf Höhe der unteren Längsträgerebene 12 eingeleitete Kräfte verlaufen weiterhin geradlinig entlang der Pfeile 68 und 70 über das Knotenelement 16 direkt in den Seitenschweller 14. Der Kraftverlauf bei einem Heckaufprall verteilt sich also gleichmäßig über die gesamte Höhe der Heckkarosseriestruktur 10, wodurch alle Komponenten der Karosseriestruktur 10 gleichmäßig schwach belastet werden. Ein vorzeitiges Versagen der Heckkarosseriestruktur 10 wird also vermieden.
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Ist die Krafteinwirkung in Richtung der Pfeile 56 so stark, dass es zu einer Deformation der Längsträger 18, 22, 36 kommt, wird auch die Stützstrebe 38 deformiert. Bei einem derart weiten Eindringen des Unfallgegners in die Karosseriestruktur 10 werden nun auch Kräfte auf das Getriebe 44 sowie den Motor 42 übertragen. Getriebe 44 und Motor 42 stellen bei einem derart schweren Unfall also einen weiteren Lastpfad zur Verfügung und entlasten die Heckkarosseriestruktur 10. Motor 42 und Getriebe 44 können sich dabei in Richtung der Fahrzeuglängsachse nach vorne verlagern, bis sie in Anlage an die Heckwand 72 des Kraftwagens kommen, über welche sie zusätzlich abgestützt werden. Durch die Vielzahl von zur Verfügung gestellten Lastpfaden wird im Falle eines Heckaufpralls somit ein besonders guter Schutz für eine nicht dargestellte Fahrgastzelle des Kraftwagens geboten.
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Anstelle der Verwendung von Knotenelementen 16, 32 ist es auch möglich, die jeweiligen Trägerteile in den Knotenbereichen direkt miteinander zu verbinden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004049033 B4 [0003]
