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Die Erfindung betrifft einen Aufbau eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
EP 0 941 912 B1 ist ein Aufbau eines Fahrzeugs bekannt, welcher zumindest eine Struktureinheit und ein Frontend aufweist, welches über eine Versteifungseinheit und einen mit der Versteifungseinheit verbundenen Hilfsrahmen mit der Struktureinheit verbunden ist. Der als Fahrschemel ausgebildete Hilfsrahmen des Fahrzeugs umfasst zwei einander seitlich gegenüberliegende Hilfsrahmenlängsträger, zwischen welchen die als flächiges Versteifungselement ausgeführte Versteifungseinheit angeordnet ist. Konkret bildet der Hilfsrahmen hier einen Vorderachsträger aus und weist an jedem Längsträger einen Lagerbock zur Aufnahme eines Lenkers des Fahrzeugfahrwerks auf. Das Versteifungselement ist durch ein flächiges Aluminiumblech mit einer Wandstärke von wenigen Millimetern gebildet und weist eine im Wesentlichen viereckige Geometrie auf, so dass es in Fahrtrichtung betrachtet jeweils an beiden seitlichen Hilfsrahmenlängsträgern mit je einer Schraubverbindung vor und hinter den Lagerböcken lösbar mit den beiden Längsträgern verbunden ist. Ferner kann das Versteifungselement Versteifungssicken aufweisen und zusätzlich mit einem akustisch dämmenden Material versehen sein. Mit diesem flächigen Versteifungselement wird ein so genanntes Schubfeld erzeugt, mittels dem eine aufprallbedingte Kraft, welche in einen der Längsträger eingeleitet wird, auf den gegenüberliegenden Längsträger übertragen werden kann. Wesentlich für diese Kraftübertragung auf den gegenüberliegenden Längsträger soll hierbei die jeweils vor und hinter den Lagerböcken angeordnete Anbindung des Versteifungselementes an die beiden einander gegenüberliegenden Hilfsrahmenlängsträger sein.
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Aus der
DE 195 32 531 C2 ist ein Fahrzeugaufbau bekannt, welcher mit Längsträgern der Karosserie versteifend verbundene Elemente umfasst, die aus zwei zum Fahrzeugheck V-förmig zulaufenden Streben bestehen, welche über mindestens einen Querträger miteinander verbunden sind. Die freien Enden der V-förmig zulaufenden Streben sind mit einer einteiligen Trägerplatte verbunden.
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Aus der
DE 199 59 607 A1 ist ein gattungsgemäßer Aufbau eines Fahrzeugs bekannt, welcher zumindest eine Struktureinheit und ein Frontend aufweist, welches zumindest über eine Versteifungseinheit und einen mit der Versteifungseinheit verbundenen Hilfsrahmen mit der Struktureinheit verbunden ist. Die Versteifungseinheit ist als sich zwischen der Struktureinheit und dem Frontend erstreckende Streben ausgebildet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aufbau eines Fahrzeugs anzugeben, mit welchem eine Erhöhung der Steifigkeit des Hilfsrahmens, insbesondere in einem Bodenbereich des Fahrzeugs und damit der Fahrzeugkarosserie selbst möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Bereitstellung eines Aufbaus eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Aufbau eines Fahrzeugs anzugeben, mit welchem eine Erhöhung der Steifigkeit des Hilfsrahmens, insbesondere in einem Bodenbereich des Fahrzeugs und damit der Fahrzeugkarosserie selbst möglich ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Versteifungseinheit als ein sich zwischen der Struktureinheit und dem Frontend erstreckendes Schubfeld ausgebildet ist. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine erhebliche Erhöhung der Steifigkeit des Hilfsrahmens unter Ausbildung eines Schubfeldes insbesondere in einem Bodenbereich des Fahrzeugs und damit der Fahrzeugkarosserie selbst möglich ist, indem die Versteifungseinheit in vorteilhafter Weise mit der Struktureinheit, dem Frontend, dem Hilfsrahmen und angrenzender Strukturbauteile der Tragstruktur verbunden ist. Hierdurch ergibt sich bei einfachem konstruktivem Aufbau des Fahrzeugs eine Erhöhung der Steifigkeit des Hilfsrahmens und somit des Aufbaus des Fahrzeugs. Über den Hilfsrahmen kann eine verbesserte Einleitung der auftretenden Aufprallenergie in die Tragstruktur bzw. in den Aufbau des Fahrzeugs und eine gleichmäßigere Verteilung dieser Aufprallenergie in der Tragstruktur erfolgen, in welcher die Aufprallenergie definiert abgebaut werden kann. Eine Verformung des Hilfsrahmens kann im Crashfall in vorteilhafter Weise erst nach einem hohen Intrusionsfortschritt und einer entsprechend hohen Deformation der Versteifungseinheit erfolgen. Der mit der Versteifungseinheit verbundene Hilfsrahmen stellt somit ein weiteres Deformationselement dar bzw. baut mit zunehmender Deformation der Versteifungseinheit zusätzlichen Widerstand auf. In vorteilhafter Weise wird hierdurch die Steifigkeit der Karosseriestruktur zwischen der Fahrgastzelle und dem Vorderwagen erhöht, so dass die Fahrzeuginsassen insbesondere im Falle eines Frontaufpralls besser geschützt sind. Im Ergebnis lässt sich somit ein verbesserter Insassenschutz des Kraftfahrzeugs realisieren. Ein weiterer Vorteil der Versteifungseinheit ist der Schutz der Unterseite des Fahrzeugbodens gegen Verschleiß und Korrosion. Ferner schirmt die Versteifungseinheit in vorteilhafter Weise die Fahrzeugkarosserie gegen Geräuscheinflüsse von außen ab und sorgt für eine Verbesserung der Aerodynamik. Des Weiteren eignet sich die Versteifungseinheit in vorteilhafter Weise zur Integration in einen Boden des Fahrzeugs, ohne dass große konstruktive Änderungen des Bodens des Fahrzeugs erfolgen müssen. Dadurch ist eine kostengünstige Nachrüstung bzw. Integration der Versteifungseinheit in eine laufende Fahrzeugproduktion realisierbar.
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Zudem ist der Hilfsrahmen innerhalb des Schubfeldes angeordnet und mit diesem verbunden. In vorteilhafter Weise ist hierdurch die Versteifungseinheit durch die großflächige Verbindung mit dem Hilfsrahmen besonders verwindungssteif, wodurch Biegeschwingungen der Versteifungseinheit verhindert werden können. Das hat unter anderem den Vorteil, dass sich die im Belastungsbereich angeordnete Versteifungseinheit im Crashfall gegen den Hilfsrahmen abstützten kann, wodurch eine höhere Torsionssteifigkeit erreicht und ein Ausknicken der Versteifungseinheit erschwert wird. Dadurch können im Falle eines Aufpralls in vorteilhafter Weise die Fahrgastzelle entlastet und die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöht werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Versteifungseinheit und der Hilfsrahmen mit der Struktureinheit des Aufbaus verbunden. In vorteilhafter Weise ist der erfindungsgemäße Hilfsrahmen sowohl mit der Struktureinheit der Karosserie als auch mit der Versteifungseinheit mit konstruktiv einfachen Mitteln fest verbunden, so dass die Steifigkeit des Aufbaus des Vorderwagens wesentlich verbessert ist. Die im Crashfall einwirkende Aufprallenergie kann über die Verbindung der Versteifungseinheit mit dem Hilfsrahmen großflächig aufgenommen und sehr gut an die Struktureinheiten der Karosserie weitergeleitet bzw. verteilt werden. Durch die Verbindungen der Versteifungseinheit, des Hilfsrahmens und der Struktureinheit der Karosserie untereinander entsteht eine starre gitterartige Struktur, wodurch generell eine Verbesserung der Steifigkeit der Karosseriestruktur erreicht werden kann, so dass die Karosseriestruktur die Aufprallenergie im Crashfall besser aufnehmen kann. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Torsionssteifigkeit der gesamten Karosserie erhöht werden. Da der steife Hilfsrahmen an die Fahrgastzelle angrenzt, erhöht dieser im Crashfall in vorteilhafter Weise zusätzlich die Sicherheit der in die Fahrgastzelle befindlichen Insassen, indem eine Intrusion in die Fahrgastzelle gehemmt wird. Somit dient der Hilfsrahmen in vorteilhafter Weise dem Schutz der Fahrgastzelle.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Hilfsrahmen mit zumindest einem weiteren Strukturbauteil des Aufbaus verbunden. Bevorzugt ist das zumindest eine weitere Strukturbauteil des Aufbaus als Längsträger ausgeführt. In vorteilhafter Weise kann der Hilfsrahmen durch diese zusätzlichen Verbindungen mit weiteren Strukturbauteilen eine verwindungssteife und starre Versteifungsbaugruppe ausbilden, welche eine hohe Steifigkeit ausweist und dadurch erheblich größere Aufprallenergie aufnehmen kann. Hierdurch wird ein Einknicken und ein Verbiegen der Versteifungseinheit und des Hilfsrahmens verhindert. Dadurch erhöht sich die Belastbarkeit und die Steifigkeit der Versteifungseinheit. Die einwirkende Aufprallenergie wird direkt über diese Verbindungen auf die angrenzenden Strukturbauteile übertragen, über welche eine verbesserte Einleitung der auftretenden Aufprallenergie in die Tragstruktur der Karosserie sowie eine gleichmäßigere Verteilung dieser Aufprallenergie in der Tragstruktur der Karosserie erfolgen kann. In vorteilhafter Weise wird hierdurch die Karosseriesteifigkeit erhöht.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aufbaus ist die Versteifungseinheit als flächiges Versteifungselement ausgeführt. Das hat den Vorteil, dass das Versteifungselement eine große Fläche im Bodenbereich der Fahrzeugkarosserie abdeckt und über seinen Randbereich weit auseinanderliegende Strukturbauteile miteinander verbindet, welche im Crashfall gemeinsam eine Einheit bilden. Insbesondere ist eine einfache und schnelle Montage der Versteifungseinheit möglich, da ein großflächiges Bauteil auf einfache Weise mit den angrenzenden Bauteilen verbunden werden kann. Hierdurch können auch kleine Toleranzvorgaben eingehalten werden, da wenige großvolumige Bauteile toleranzgenauer montiert werden können. Des Weiteren eignet sich der Bodenbereich des Fahrzeugs in vorteilhafter Weise für die Aufnahme eines derartigen flächigen Versteifungselements, ohne dass große konstruktive Änderungen des Fahrzeugs erfolgen müssen. Dadurch ist eine kostengünstige Nachrüstung bzw. Integration eines Versteifungselements an einen Hilfsrahmen in eine laufende Fahrzeugproduktion realisierbar.
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Eine bevorzugte Realisierung der Erfindung sieht vor, dass der Hilfsrahmen an dem flächigen Versteifungselement anliegt. In vorteilhafter Weise verhindert die flächige Verbindung der beiden Bauteile Schwingungen des Versteifungselements und stabilisiert so im eingebauten Zustand das Versteifungselement über die ganze Fläche. Der nicht abgestützte Bereich des Versteifungselements wird somit kleiner bzw. verwindungssteifer und weist dadurch eine geringere Neigung zum Ausknicken auf. Eine derartige flächige Verbindung wirkt im Crashfall als große Abstützfläche, welche entsprechend große Kräfte aufnehmen kann und dementsprechend sehr belastbar ist. Das Versteifungselement ist durch die großflächige Verbindung mit dem Hilfsrahmen verwindungssteif und trägt durch eine Geräuschdämpfung der Fahr- und Spritzgeräusche zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften in der Fahrgastzelle bei. Derartige Versteifungselemente können sowohl im Bereich eines Vorderwagens als auch eines Hinterwagens Verwendung finden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Struktureinheit des Aufbaus zumindest eine Diagonalstrebe umfasst. Bevorzugt ist die zumindest eine Diagonalstrebe der Struktureinheit mit zumindest einem weiteren Strukturelement des Aufbaus verbunden. Die Ausgestaltung der Struktureinheit als Diagonalstrebe ermöglicht eine Verbindung der Struktureinheit auch mit entfernteren Strukturbauteilen der Tragstruktur, wobei die auf die Diagonalstrebe einwirkende Aufprallenergie an diese Strukturbauteile weitergeleitet werden kann, welche je nach Crashfall von einer Intrusion verschont bleiben und somit wirksam die Aufprallenergie aufnehmen und absorbieren können. Durch die Verwendung der vergleichsweise leichten Diagonalstreben kann das Gewicht des Aufbaus niedrig gehalten und dennoch die Steifigkeit der Fahrzeugkarosserie erhöht werden. Auf diese Weise werden sowohl die Materialkosten als auch die Herstellungskosten der Fahrzeugkarosserie verringert.
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Eine weitere mögliche Realisierung der Erfindung sieht vor, dass das zumindest eine weitere Strukturelement des Aufbaus als Schweller ausgeführt ist. Es ist von besonderem Vorteil, dass die Diagonalstreben der Struktureinheit derart mit der Tragstruktur des Fahrzeugs verbunden sind, dass die einwirkende Aufprallenergie nicht nur in die angrenzenden Strukturbauteile weitergeleitet werden, sondern auch vorzugsweise in die weiter entfernteren, besonders stabilen und belastbaren Strukturelemente des Aufbaus, wie beispielsweise in die Schweller. Dadurch kann eine gleichmäßigere Verteilung der Aufprallenergie in die Fahrzeugkarosserie erfolgen. Durch diese zusätzlichen Verbindungen der Diagonalstreben mit den Schwellern des Aufbaus wird die Verwindungssteifigkeit und die Belastbarkeit der Fahrzeugkarosserie weiter erhöht und im Falle eines Aufpralls die Fahrgastzelle entlastet, wodurch in vorteilhafter Weise die Sicherheit der Fahrzeuginsassen verbessert werden kann.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Aufbaus eines Fahrzeugs im Bereich eines Vorderwagens mit einer Struktureinheit und einem Frontend, welches über eine Versteifungseinheit und einen mit der Versteifungseinheit verbundenen Hilfsrahmen mit der Struktureinheit verbunden ist, wobei die Versteifungseinheit als ein sich zwischen Struktureinheit und Frontend erstreckendes Schubfeld ausgebildet ist,
- 2 eine detaillierte Darstellung des Ausführungsbeispiels des Aufbaus des Fahrzeugs aus 1 von unten mit einer transparent dargestellten Versteifungseinheit und dem Hilfsrahmen, welcher mit der Versteifungseinheit und mit Strukturbauteilen der Tragstruktur verbunden ist, und
- 3 eine Schnittdarstellung einer Seitenansicht des Ausführungsbeispiels des Aufbaus des Fahrzeugs aus 2.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aufbaus 10 eines Fahrzeugs in einem Bereich eines Vorderwagens mit einer Struktureinheit 12 und einem Frontend 14, welches über eine Struktureinheit 12 und einen mit der Versteifungseinheit 16 verbundenen Hilfsrahmen 18 mit der Struktureinheit 12 verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verjüngt sich die Versteifungseinheit 16 trapezförmig vom Frontend 14 entlang einer Längsachse 28 in Richtung Fahrzeugmitte, wobei der Hilfsrahmen 18 im schmalen Endbereich 16.1 der trapezförmigen Versteifungseinheit 16 mit einer Hälfte der Versteifungseinheit 16 eine Verbindung aufweist.
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Um einen Aufbau 10 eines Fahrzeugs anzugeben, mit dem eine Erhöhung der Steifigkeit des Hilfsrahmens 18, insbesondere im Bodenbereich des Fahrzeugs und damit der Fahrzeugkarosserie selbst möglich ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Versteifungseinheit 16 als ein sich zwischen Struktureinheit 12 und Frontend 14 erstreckendes Schubfeld 20 ausgebildet ist. Ein Schubfeld ist insbesondere dazu vorgesehen, eine in ein Element des Aufbaus eingeleitete, beispielsweise aufprallbedingte Kraft, in benachbarte Aufbauelemente weiterzuleiten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Versteifungseinheit 16 in der Mitte abgesetzt ausgebildet und deckt den offenen Raum im Bodenbereich eines Vorderwagens des Fahrzeugs flächenbündig nahezu vollständig ab bzw. verschließt den offenen Raum im Bodenbereich des Vorderwagens.
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Wie aus 1 bis 3 ersichtlich ist, ist der Hilfsrahmen 18 innerhalb des Schubfeldes 20 angeordnet und mit diesem verbunden. Dabei ist der Hilfsrahmen 18 im vorliegenden Ausführungsbeispiel einstückig als symmetrisches Gussteil mit Stegen ausgebildet, wodurch in vorteilhafter Weise ein extrem leichtes und dennoch solides Bauteil entstehen kann, welches somit ganz im Sinne eines Leichtbaugedankens konzipierbar ist. Der Hilfsrahmen 18 liegt an dem flächigen Versteifungselement 16 an und ist im abgesetzten Endbereich 16.2 der Versteifungseinheit 16 formschlüssig mit der Versteifungseinheit 16 verbunden, wodurch in diesem Bereich der Versteifungseinheit 16 vorzugsweise eine besonders hohe Stabilität und Torsionssteifigkeit des Schubfeldes 20 erreicht wird.
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Um die Steifigkeit des Aufbaus 10 der Fahrzeugkarosserie zu erhöhen, sind die Versteifungseinheit 16 und der Hilfsrahmen 18 mit der Struktureinheit 12 des Aufbaus 10 verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Versteifungseinheit 16 in der Mitte abgesetzt ausgebildet und entlang ihres Randbereichs umlaufend über mehrere Verbindungspunkte mit der angrenzenden Struktureinheit 12 des Aufbaus 10 verbunden. Um eine bessere Verbindung zwischen Versteifungseinheit 16 und dem Frontend 14 zu erreichen, ist die Versteifungseinheit 16 zusätzlich über eine Steckverbindung 26 formschlüssig mit dem Frontend 14 verbunden, wobei jedoch auch andere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende lösbare Verbindungstechniken denkbar sind. Zusätzlich weist der Hilfsrahmen 18 über seine Horizontalstreben 18.1a, 18.1b Verbindungen mit Strukturbauteilen 22 im Bodenbereich der Tragstruktur auf, wodurch die Torsionssteifigkeit des Aufbaus 10 erhöht wird.
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Besonders vorteilhaft ist, dass der Hilfsrahmen 18 mit zumindest einem weiteren Strukturbauteil 22 des Aufbaus 10 verbunden ist, wobei das zumindest eine weitere Strukturbauteil 22 des Aufbaus 10 als Längsträger 22.1, 22.2 ausgeführt ist. Dabei ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Vertikalstrebe 18.2a, 18.2b des Hilfsrahmens 18 vorzugsweise zusätzlich mit dem Längsträger 22.1, 22.2 des Strukturbauteils 22 verbunden.
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Durch die zahlreichen gitterartigen bzw. fachwerkartigen Verbindungen der Horizontalstreben 18.1a, 18.1b und der Vertikalstreben 18.2a, 18.2b des Hilfsrahmens 18 mit benachbarten Strukturbauteilen 22 der Tragstruktur des Fahrzeugs ist die Steifigkeit des gesamten Aufbaus10 des Vorderwagens besonders hoch. Als Verbindungstechniken für die Versteifungseinheit 16 und den Hilfsrahmen 18 können einfache, vorzugsweise großflächige und somit zuverlässige Verbindungstechniken eingesetzt werden, wie beispielsweise Schraub-, Kleb- oder Nietverbindungen, bzw. eine Kombination aus verschiedenen Verbindungstechniken.
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Vorzugsweise ist die Versteifungseinheit 16 als flächiges Versteifungselement 16 ausgeführt und weist gemäß 3 im Bereich des Schubfelds 20 eine wannenartige Vertiefung auf. Ein dabei ausgebildeter Randsteg des Versteifungselements 16 kann als Auflagefläche an angrenzende Strukturbauteile 22 des Aufbaus 10 verwendet werden. Durch diese wannenartige Umformung erhält die Versteifungseinheit 16 eine erhöhte Festigkeit, wodurch insgesamt die Verwindungssteifigkeit und die Belastbarkeit der Fahrzeugkarosserie verbessert und die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöht wird.
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Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, umfasst die Struktureinheit 12 des Aufbaus 10 zumindest eine Diagonalstrebe 12.1, 12.2, die mit zumindest einem weiteren Strukturelement 24 des Aufbaus 10 verbunden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das zumindest eine weitere Strukturelement 24 des Aufbaus 10 als Schweller 24.1, 24.2 ausgeführt. Die Diagonalstrebe 12.1, 12.2 ist als relativ flaches Bauteil ausgeführt, das bauraumsparend an dem Strukturelement 24 des Aufbaus 10 anliegt und sowohl mit der Versteifungseinheit 16 als auch mit dem Hilfsrahmen 18 verbundenen ist. Als Verbindungstechniken für die Diagonalstrebe 12.1, 12.2 können einfache, und somit zuverlässige Verbindungstechniken eingesetzt werden, wie beispielsweise Schraub- oder Nietverbindungen, bzw. eine Kombination aus diesen Verbindungstechniken.
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Damit kann in baulich einfacher und kostengünstiger Weise vom Vorderwagen ausgehende Aufprallenergie über die Diagonalstreben 12.1, 12.2 kontrolliert an die soliden Schweller 24.1, 24.2 des Aufbaus 10 des Fahrzeugs weitergeleitet werden.
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Derartig mit der Versteifungseinheit 16 verbundene Hilfsrahmen 18 lassen sich in einer Vielzahl verschiedener Fahrzeuge einsetzen, so kann der erfindungsgemäße Hilfsrahmen 18 nicht nur im Vorderwagen und/oder Hinterwagen in klassischen Personenkraftfahrzeugen, sondern beispielsweise auch in Omnibussen oder Lastkraftwagen eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Aufbau
- 12
- Struktureinheit
- 12.1,12.2
- Diagonalstrebe
- 14
- Frontend
- 16
- Versteifungseinheit (Versteifungselement)
- 16.1
- trapezförmiger Endbereich (Versteifungselement)
- 16.2
- abgesetzter Endbereich (Versteifungselement)
- 18
- Hilfsrahmen
- 18.1a, 18.1b
- Horizontalstreben (Hilfsrahmen)
- 18.2a, 18.2b
- Vertikalstreben (Hilfsrahmen)
- 20
- Schubfeld
- 22
- Strukturbauteil
- 22.1, 22.2
- Längsträger
- 24
- Strukturelement
- 24.1, 24.2
- Schweller
- 26
- Steckverbindung
- 28
- Längsachse
