DE102011012531A1

DE102011012531A1 - Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102011012531A1
Application number: DE201110012531
Authority: DE
Inventors: Uwe Schmitz; Joachim Schäfer; Stephan Walter
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-02-26
Filing date: 2011-02-26
Publication date: 2012-08-30

Abstract

Bei einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Fronthaube (23), einer von einem hinteren Rand der Fronthaube (23) aus ansteigenden Frontscheibe (4) und einem im Querschnitt bogenförmigenförmigen Querträger (1) unterstützt ein vorderer Rand (3) des Querträgers (1) einen vorderen unteren Rand (5) der Frontscheibe (6), und ein hinterer Rand (2) des Querträgers (1) ist an einem Strukturelement (15) der Karosserie abgestützt. Der Querträger (1) ist unter einem auf die Frontscheibe (4) wirkenden Druck durch Verringerung des Abstandes zwischen seinen Rändern (2, 3) nachgiebig.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Fronthaube, einer von einem hinteren Rand der Fronthaube aus ansteigenden Frontscheibe und einem einen vorderen unteren Rand der Frontscheibe unterstützenden, im Querschnitt aufwärts gewölbten Querträger.
Aus DE 10 2007 012 830 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ein die Frontscheibe unterstützender Querträger aus zwei an ihren vorderen und hinteren Rändern miteinander verbundenen Trägerteilen zusammengesetzt ist. Das obere Trägerteil ist im Querschnitt aufwärts gewölbt, mit einem einen vorderen Rand der Frontscheibe unterstützenden, entgegen der Fahrtrichtung ansteigenden vorderen Abschnitt, einem im Wesentlichen horizontalen mittleren Abschnitt und einem entgegen der Fahrtrichtung steil abfallenden hinteren Abschnitt. Wenn dieses Fahrzeug in einen Unfall mit einem Fußgänger verwickelt ist, dann stürzt dieser normalerweise schräg von oben auf die Haube, wobei er um eine Achse schwenkt, die sich ungefähr am vorderen Rand der Haube befindet. Wenn die Länge der Haube nicht ausreicht, um den Körper des Fußgängers aufzufangen, trifft dessen Kopf auf die Frontscheibe, durchschlägt diese und verformt den darunter liegenden Querträger. Dank eines Knicks in seinem vorderen Abschnitt ist das obere Trägerteil zunächst einigermaßen leicht nachgiebig. Der Widerstand des Querträgers nimmt jedoch zu, wenn auch das untere Trägerteil von der Verformung erfasst wird, bzw. wenn die Verformung den hinteren Abschnitt des oberen Trägerteils erreicht, der nahezu parallel zur Aufprallrichtung orientiert ist und daher der Verformung einen hohen Widerstand entegegensetzt. Die macht die Einhaltung geltender Grenzwerte des HIC (Head Injury Criterium) bei einem Aufprall auf den bekannten Querträger schwierig.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem eine Frontscheibe unterstützenden Querträger anzugeben, bei der die Gefahr schwerer Verletzungen beim Auftreffen eines Kopfes auf den Querträger wenigstens verringert ist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Fronthaube, einer von einem hinteren Rand der Fronthaube aus ansteigenden Frontscheibe und einem im Querschnitt bogenförmigen Querträger, von dem ein vorderer Rand einen vorderen unteren Rand der Frontscheibe unterstützt und ein hinterer Rand an einem Strukturelement der Karosserie abgestützt ist, der Querträger unter einem auf die Frontscheibe wirkenden Druck durch Verringerung des Abstandes zwischen seinen Rändern nachgiebig ist.
Ein solcher Querträger ist vorzugsweise einwandig ausgebildet; die einwandige Struktur ist einerseits einfach und kostengünstig zu fertigen; andererseits begünstigt sie die gewünschte Verformung bei einem Aufschlag durch Annäherung der Ränder aneinander.
Vorzugsweise weist der Querträger eine konkave Unterseite auf, so dass bei Belastung ein mittlerer Bereich des Querträgers dazu neigt, nach oben auszuweichen.
So ist die Verformbarkeit des Querträgers nicht durch nach unten benachbarte, eventuell schwer verformbare Einbauten wie etwa einen Wasserkasten beeinträchtigt.
Die Orientierung einer sich zwischen den Rändern des Querträgers erstreckenden Verbindungslinie sollte nicht zu stark von der Aufprallrichtung des Kopfes abweichen, um nach Überwindung eines Anfangswiderstandes eine gute Verformbarkeit des Querträgers zu gewährleisten. Die Verbindungslinie ist daher vorzugsweise gegen die Horizontale unter wenigstens 15° geneigt.
Je stärker die Querschnittskrümmung des Querträgers ist, umso geringer ist der Widerstand, den er bei gegebener Wandstärke einer Verformung entgegensetzen kann. Um ein günstiges Verhältnis von Materialaufwand zu anfänglicher Steifigkeit zu gewährleisten, sollte daher der maximale Abstand des Querträgers von einer sich zwischen den Rändern des Querträgers erstreckenden Verbindungslinie kleiner sein als der Abstand dieser Ränder voneinander.
Um einen hohen Anfangswiderstand gegen Verformung zu erzielen, ist es ferner zweckmäßig, wenn der maximale Abstand des Querträgers von einer sich zwischen den Rändern des Querträgers erstreckenden Verbindungslinie in verschiedenen Querschnittsebenen unterschiedlich ist. Insbesondere kann die Krümmung des Querträgers in der Nähe seiner Längsenden kleiner als in einem zentralen Bereich des Querträgers sein.
Um einen ausreichenden Verzögerungsweg für einen aufprallenden Kopf bereitzustellen, sollte der Abstand zwischen den Rändern des Querträgers wenigstens 3 cm betragen.
Für eine sichere Abstützung des Querträgers an dem Strukturelement kann an den hinteren Rand des Querträgers ein abgewinkelter Flansch einteilig anschließen.
Dasselbe Strukturelement kann ferner ein Armaturenbrett des Fahrzeugs abstützen.
Um Geräusche und Dämpfe aus dem Motorraum von der Fahrgastzelle fernzuhalten, ist der Querträger wenigstens im eingebauten Zustand vorzugsweise frei von Öffnungen. Eventuell am noch nicht eingebauten Querträger vorhandene Öffnungen sollten nach dem Einbau durch Befestigungsmittel oder dergleichen verschlossen sein.
Um den Verformungswiderstand des Querträgers reproduzierbar zu steuern, ist es zweckmäßig, wenn der Querträger im Querschnitt eine Mehrzahl von nicht oder schwach gekrümmten, durch Knicke miteinander verbundenen Abschnitten umfasst. Die Knicke bestimmen in gewissem Umfang, an welcher Stelle der Querträger unter Belastung nachzugeben beginnt, wobei je nach Werkstoff des Querträgers die Knicke Schwachstellen des Materials darstellen können, die unter Belastung noch weiter knicken, oder durch Kaltverformung verhärtet sein können, sodass die durch den Aufprall bedingte Verformung in den durch die Knicke miteinander verbundenen Abschnitten einsetzt.
Ein Scheibenwischer kann zweckmäßigerweise an dem Querträger verankert sein, um zusammen mit diesem beim Aufprall eines Fußgängers in einen unterhalb liegenden Freiraum ausweichen zu können.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Querträger zum Unterstützen des vorderen unteren Randes einer Frontscheibe in einem Kraftfahrzeug;
2 einen schematischen Schnitt durch den Querträger und dessen Umgebung entlang der Ebene II-II der 1;
3 eine perspektivische Ansicht eines Endabschnitts des Querträgers; und
4 einen Schnitt entlang der Ebene IV-IV der 1 gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
1 zeigt eine Draufsicht auf einen Querträger 1 zur Unterstützung des vorderen Randes einer Frontscheibe in einem Kraftfahrzeug. Der Querträger 1 ist einteilig aus Stahlblech in der Draufsicht bogenförmig zugeschnitten, mit einem der Fahrgastzelle zugewandten, konkaven hinteren Rand 2 und einem dem Fahrzeugbug zugewandten konvexen vorderen Rand 3. Von vorn nach hinten ist der Querträger 1 in mehrere Abschnitte mit jeweils unterschiedlicher Steigung gegliedert. Als vorderer Rand 3 des Querträgers 1 kann eine entgegen der Fahrtrichtung ansteigende Schürze 6 angesehen werden, die vorgesehen ist, um an ihr, wie in 2 gezeigt, den vorderen unteren Rand 5 einer Frontscheibe 4 flächig zu verkleben, oder eine Knicklinie 10, an der sich der Querträger 1 von der Frontscheibe 4 löst.
Auf die Knicklinie 10 folgen, wie ebenfalls in 2 zu erkennen, der Reihe nach mehrere im Querschnitt im Wesentlichen geradlinige Abschnitte 7, 8, 9, die an Knicklinien 11, 12 stumpfwinklig aneinander anstoßen und so einen Bogen mit konkaver Unterseite bilden. In 2 sind drei solche Abschnitte des Querträgers 1 gezeigt, doch liegt auf der Hand, dass die Zahl der Abschnitte auch größer sein könnte oder im Extremfall der Bogen kontinuierlich gekrümmt sein könnte.
Als hinterer Rand 2 kann eine Knicklinie 13 angesehen werden, an der das Blech des Querträgers 1 gegensinnig zu den Knicklinien 10, 11, 12 geknickt ist und auf ein Strukturteil 15 des Kraftfahrzeugs trifft, welches auch ein (in den Figuren nicht dargestelltes) Armaturenbrett des Fahrzeugs trägt und nach unten und nach vorn hin in eine an sich bekannte Trennwand zwischen Motorraum und Fahrgastzelle übergeht. Genauso kann als hinterer Rand 2 ein an die Knicklinie 13 anschließender, mit den Abschnitten 7, 8, 9 einteilig zusammenhängender horizontaler Flansch 14 angesehen werden, der flach aufliegend auf dem Strukturteil 15 befestigt ist.
Der Querträger 1 bildet die einzige Stütze, die sich am gesamten Rand 5 der Frontscheibe 4 entlang zieht und diese stabilisiert. Seine Abschnitte 7, 8, 9 bilden einen freitragenden Bogen, der sich oberhalb einer gedachten, die Knicklinien 10, 13 verbindenden Linie 16 erstreckt. Da dieser Bogen frei von Öffnungen ist, wirkt er als eine Verlängerung der Trennwand, die Geräusch und Geruch aus dem Motorraum von der Fahrgastzelle fernhält. Während die Schürze 6 und der Flansch 14, die jenseits der Knicklinien 10 bzw. 13 liegen, bei einer Belastung der Scheibe 4 ihre Orientierung im Wesentlichen nicht ändern, können die Abschnitte 6, 7, 8 des Bogens einknicken und der Belastung nach oben ausweichen, wobei der Abstand des am weitesten von der Linie 16 entfernten Punkts des Bogens, in der Darstellung der 2 die Knicklinie 11, von der Linie 16 durch eine Annäherung der Knicklinien 10, 13 aneinander zunimmt. Mit zunehmendem Abstand dieses Punkts von der Linie 16 wächst das auf eine Verformung des Querträgers 1 hinwirkende Biegemoment, d. h. während der Verformungswiderstand des Querträgers 1 in der Ausgangskonfiguration der 2 noch relativ hoch ist, nimmt er in dem Maße ab, wie der Querträger 1 äußerem Druck nachgibt. Wenn der Kopf 17 eines Fußgängers auf den unteren Rand 5 der Frontscheibe 4 aufschlägt, bewirkt der Querträger 1 daher eine zunächst hohe, dann aber nachlassende Verzögerung, was einen niedrigen HIC-Wert ermöglicht.
Die Richtung, aus der bei einem Unfall typischerweise der Kopf 17 eines Fußgängers auf die Frontscheibe 4 aufschlägt, ist schräg von vorn oben, sie ist in 2 als Pfeil 18 eingezeichnet. Die Knicklinie 10 liegt an der Frontscheibe 4 deutlich höher als die Knicklinie 13 an dem Strukturteil 15, sodass der Pfeil 18 und die Linie 16 einen kleinen spitzen Winkel α aufspannen. Je kleiner dieser Winkel α ist, umso vollständiger ist der Aufschlagimpuls des Kopfes 17 in eine Verformung des Querträgers 1 umsetzbar, d. h. umso vollständiger ist der HIC-Wert, dem der Kopf 17 beim Aufprall ausgesetzt ist, durch das Verformungsverhalten des Querträgers 1 bestimmt.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines abgeschnittenen seitlichen, aus Fahrersicht rechten, Endstücks des Querträgers 1. An der dem Betrachter zugewandten Schnittkante des Querträgers 1 ist der bereits beschriebene bogenförmige Verlauf, hier mit noch mehr Abschnitten und Knicklinien als im Falle der 2, zu erkennen. Zum vom Betrachter abgewandten Ende 19 des Querträgers 1 hin nimmt die Krümmung von dessen Querschnitt ab, so dass sich der Querschnittsverlauf dort dem Verlauf der Linie 16 annähert. Infolgedessen weist der Querträger 1 in der Nähe seiner Enden 19 sphärisch gekrümmte Bereiche auf, die einen erheblich größeren Widerstand gegen Verformung zu leisten vermögen als die im Wesentlichen nur zylindrische Krümmung in der Mitte des Querträgers 1. Daher sind auch die unteren Ecken der Frontscheibe 4 sicher und belastbar unterstützt, obwohl eine von außen auf sie einwirkende Belastung, anders als eine auf einen zentralen Bereich des Randes 5 einwirkende Belastung, nur von einem relativ kleinen Teil des Querträgers 1 abgestützt werden kann.
Während die Belastung durch einen Aufschlag an der Frontscheibe 4 und dem sie unterstützenden vorderen Rand 3 im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberflächennormalen einwirkt, wie anhand des Pfeils 18 der 2 zu erkennen, tritt zwischen dem Flansch 14 und dem Strukturteil 15 auch eine erhebliche oberflächenparallele Kraft auf, so dass eine Verklebung des Flansches 14 am Strukturteil 13 möglicherweise nicht die erforderliche Funktionssicherheit liefert. Um auch oberflächenparallele Kräfte sicher aufzufangen, kann eine Verschraubung des Flansches 14 am Strukturteil 15 sinnvoll sein, und Löcher 20 zum Aufnehmen von dafür benötigten Schrauben, wie in 3 gezeigt, können entlang des Randes 2 verteilt sein.
4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der 1 gemäß einer Weiterbildung der Erfindung. Dieser Weiterbildung zufolge ist die Schürze 6 des vorderen Randes 3 unter den Rand 5 der Frontscheibe 4 hinaus nach vorn verlängert, um Platz für die Befestigung eines Scheibenwischermotors 21 und den Durchgang einer Welle 22 des Scheibenwischers unter dem Rand 5 der Frontscheibe 4 her zu bieten. Insbesondere die nach vorne vorspringende Welle 22 birgt herkömmlicherweise ein erhebliches Verletzungsrisiko, wenn der Kopf eines Fußgängers auf sie trifft. Bei der Anordnung der 4 jedoch reicht die Welle 22 nach oben nicht über eine sich in Verlängerung einer nach vorn an die Frontscheibe 4 anschließenden Fronthaube 23 erstreckende Linie 24 hinaus, so dass der aufschlagende Kopf von der Fronthaube 23 und/oder dem Querträger 1 aufgefangen wird, bevor es zum Kontakt mit der Welle 20 kommen kann. Da der Scheibenwischermotor 21 am Querträger 1 montiert ist und unter ihm Ausweichraum freigehalten ist, folgt er bei einem Aufprall der Ausweichbewegung des Randes 3 des Querträgers 1, so dass auch bei fortschreitender Verformung der Fronthaube 23 und des Querträgers 1 ein Kontakt des Kopfes mit der Welle 22 ausgeschlossen bleibt.
Bezugszeichenliste

1: Querträger
2: hinterer Rand
3: vorderer Rand
4: Frontscheibe
5: vorderer Rand von 4
6: Schürze
7: Abschnitt
8: Abschnitt
9: Abschnitt
10: Knicklinie
11: Knicklinie
12: Knicklinie
13: Knicklinie
14: Flansch
15: Strukturteil
16: Linie
17: Kopf
18: Pfeil
19: Ende
20: Loch
21: Scheibenwischermotor
22: Welle
23: Fronthaube
24: Linie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007012830 A1 [0002]

Claims

Kraftfahrzeugkarosserie mit einer Fronthaube (23), einer von einem hinteren Rand der Fronthaube (23) aus ansteigenden Frontscheibe (4) und einem im Querschnitt bogenförmigenförmigen Querträger (1), von dem ein vorderer Rand (3) einen vorderen unteren Rand (5) der Frontscheibe (6) unterstützt und ein hinterer Rand (2) an einem Strukturelement (15) der Karosserie abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (1) unter einem auf die Frontscheibe (4) wirkenden Druck durch Verringerung des Abstandes zwischen seinen Rändern (2, 3) nachgiebig ist.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (1) einwandig ist.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (1) eine konkave Unterseite aufweist.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sich zwischen den Rändern (2, 3) des Querträgers (1) erstreckende Verbindungslinie (16) gegen die Horizontale unter wenigstens 15° geneigt ist.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstand des Querträgers (1) von einer sich zwischen den Rändern (2, 3) des Querträgers (1) erstreckenden Verbindungslinie (16) kleiner ist als der Abstand der Ränder (2, 3) voneinander.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Abstand des Querträgers (1) von einer sich zwischen den Rändern (2, 3) des Querträgers (1) erstreckenden Verbindungslinie (16) in verschiedenen Querschnittsebenen unterschiedlich ist.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den Rändern (2, 3) wenigstens 3 cm beträgt.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der hintere Rand (2) einen abgewinkelten Flansch (14) zur Abstützung an dem Strukturelement (15) umfasst.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturelement (15) ferner ein Armaturenbrett des Fahrzeugs abstützt.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (1) den Motorraum gasdicht vom Fahrgastbereich absperrt.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (1) im Querschnitt eine Mehrzahl von nicht oder schwach gekrümmten, durch Knicke (11, 12) miteinander verbundenen Abschnitten (7, 8, 9) umfasst.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Scheibenwischer (21, 22) an dem Querträger (1) verankert ist.