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Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Längsträgerelements an einer Personenkraftwagenkarosserie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Anordnung eines Längsträgerelements an einer Personenkraftwagenkarosserie ist aus der
DE 10 2004 021 165 A1 bekannt. Das Längsträgerelement ist dabei in Fahrzeuglängsrichtung vor einer eine Fahrgastzelle nach vorne begrenzenden Stirnwand angeordnet und weist einen zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden, ersten Längsträgerbereich auf. An dem ersten Längsträgerbereich schließt sich in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten ein in Fahrzeugquerrichtung und in Fahrzeuglängsrichtung verlaufender, zweiter Längsträgerbereich des Längsträgerelements an. Über den zweiten Längsträgerbereich verläuft das Längsträgerelement in einen Seitenschweller der Fahrgastzelle. Die bekannte Anordnung weist ein verbesserungswürdiges Unfallverhalten auf.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Anordnung ein verbessertes Unfallverhalten aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung eines Längsträgerelements an einer Personenkraftwagenkarosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Bei einer solchen Anordnung eines Längsträgerelements an einer Personenkraftwagenkarosserie ist das Längsträgerelement in Fahrzeuglängsrichtung vor einer eine Fahrgastzelle der Personenkraftwagenkarosserie nach vorne begrenzenden Stirnwand angeordnet. Das Längsträgerelement weist einen zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden, ersten Längsträgerbereich sowie einen zweiten Längsträgerbereich auf. Der zweite Längsträgerbereich schließt sich in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten an den ersten Längsträgerbereich an und erstreckt sich zumindest bereichsweise in Fahrzeugquerrichtung und in Fahrzeuglängsrichtung.
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Erfindungsgemäß ist das Längsträgerelement als Massivumformteil oder als Hybridumformteil ausgebildet und weist wenigstens einen dritten Längsträgerbereich auf, welcher sich in Fahrzeuglängsrichtung an den ersten Längsträgerbereichen nach hinten anschließt und in Fahrzeugquerrichtung von dem zweiten Längsträgerbereich beabstandet ist. Vorzugsweise sind der zweite und der dritte Längsträgerbereich in Fahrzeughochrichtung zumindest im Wesentlichen auf gleicher Höhe angeordnet.
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Durch die Längsträgerbereiche des Längsträgerelements sind vorteilhafte Kraftpfade gebildet, welche bei einer insbesondere zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden, unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Personenkraftwagenkarosserie unfallbedingte Lasten sehr gut aufnehmen und vorteilhaft in die Personenkraftwagenkarosserie einleiten und verteilen können. Dadurch können Intrusionen der Fahrgastzelle vermieden oder gering gehalten werden. Dies kommt dem Schutz von Insassen der Fahrgastzelle zugute. Ferner kann ein Antriebsaggregat, welches in Fahrzeuglängsrichtung vor der Stirnwand und in Fahrzeugquerrichtung innenseitig des Längsträgerelements, beispielsweise über einen am Längsträgerelement befestigten Integralträger, angeordnet ist, geschützt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung weist somit ein verbessertes Unfallverhalten auf.
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Infolge der vorteilhaften Ausgestaltung des Längsträgerelements als Massivumformteil oder als Hybridumformteil und mit den Längsträgerbereichen kann das Längsträgerelement der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem nur sehr geringen Materialaufwand hergestellt sowie hinsichtlich seiner äußeren Dimensionen klein ausgebildet werden. Die Dimensionierung des Längsträgerelements sowie seine lokale Material- bzw. Werkstoffverteilung können in Abhängigkeit einer Beanspruchung des Längsträgerelements, beispielsweise während des Betriebs oder einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Personenkraftwagens erfolgen. Eine ineinander übergehende Anordnung unterschiedlicher Querschnitte des Längsträgerelements kann so besonders material- und gewichtssparend realisiert werden. Dies führt zu einem besonders geringen Gewicht des Längsträgerelements. Das Längsträgerelement ist somit in Leichtbauweise ausgebildet, was das Gewicht des gesamten Personenkraftwagens gering hält. Somit kann dieser mit einem nur geringen Energiebedarf angetrieben werden. Ferner weist das Längsträgerelement einen nur sehr geringen Bauraumbedarf auf. Dadurch können Package-Probleme vermieden und/oder gelöst werden.
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Das Längsträgerelement kann einstückig bzw. einteilig ausgebildet sein. Alternativ ist es möglich, dass das Längsträgerelement mehrstückig bzw. mehrteilig ausgebildet ist. Dabei umfasst das Längsträgerelement wenigstens zwei Längsträgerteile, welche miteinander gefügt sind. Zum Fügen der Längsträgerteile können einfache, zeit- und kostengünstige und bekannte Fügverfahren vorgesehen sein.
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Vorzugsweise ist das Längsträgerelement über den zweiten Längsträgerbereich und den dritten Längsträgerbereich an der Personenkraftwagenkarosserie angebunden. Das Längsträgerelement ist somit zur Realisierung unterschiedlicher Antriebskonzepte des Personenkraftwagens auf einfache und damit zeit- und kostengünstige Weise austauschbar und unterstützt so die Darstellung einer Modulstrategie, insbesondere im Vergleich zu starren Längsträgerstrukturen. Ferner wird über die Modulstrategie insbesondere bei der mehrstückigen Ausgestaltung des Längsträgerelements eine Gleichteilverwendung unterstützt.
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Zur Darstellung eines besonders geringen Gewichts des Längsträgerelements ist dieses vorzugsweise zumindest im Wesentlichen aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gebildet. Vorzugsweise ist das Längsträgerelement zumindest im Wesentlichen aus einer höherfesten Aluminiumlegierung gebildet und/oder wenigstens einem bedarfsgerechten Wärmebehandlungsverfahren unterzogen. Dadurch kann das Längsträgerelement hinsichtlich seiner mechanischen Eigenschaften bedarfsgerecht an auftretende Belastungen angepasst und eingestellt werden. Es ist ferner möglich, dass das Längsträgerelement in Hybridbauweise ausgebildet ist. Zur Einstellung der mechanischen Eigenschaften des Längsträgerelements kann beispielsweise eine Herstellrichtung des als Massivumformteil oder als Hybridumformteil ausgebildeten Längsträgerelements entsprechend ausgerichtet werden.
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Im Rahmen eines Massivumformverfahrens zum Herstellen des Längsträgerelements können die mechanischen Eigenschaften des Längsträgerelements auch insofern eingestellt werden, als unterschiedliche Materialhöhen bzw. Wanddicken und/oder unterschiedliche Querschnitte des Längsträgerelements auf einfache und kostengünstige Weise unter Nutzung des werkzeuggebundenen Massivumformverfahrens hergestellt werden können. Das Längsträgerelement kann aus einer höherfesten Knetlegierung gebildet sein, was seinen mechanischen Eigenschaften besonders zugute kommt.
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Zeitlich an das Massivumformverfahren zum Herstellen des Längsträgerelements kann sich eine bedarfsweise Bearbeitung anschließen. In Kombination mit kostengünstigen Fügeprozessen mit einem sehr geringen Wärmeeintrag kann die erfindungsgemäße Anordnung besonders kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere lässt sich der Aufwand für Produktionsanlagen für die erfindungsgemäße Anordnung in einem besonders geringen Rahmen halten. Das Längsträgerelement kann als einstückiges oder zweiteiliges Massivumformteil bzw. Formschmiedeteil oder Hybridbauteil ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Perspektivansicht einer Anordnung eines Längsträgerelements an einer Personenkraftwagenkarosserie, bei welcher das Längsträgerelement vier Längsträgerbereiche aufweist, über die das Längsträgerelement an der Personenkraftwagenkarosserie angebunden ist;
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2 eine schematische Perspektivansicht des Längsträgerelements mit einem sich in Fahrzeuglängsrichtung nach vorn an das Längsträgerelement anschließendem Energieabsorptionselement, welches in Fahrzeuglängsrichtung an dem Längsträgerelement abgestützt ist.
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3 eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Anordnung gemäß 1;
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4 eine schematische Perspektivansicht der Anordnung gemäß 3; und
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5a–b jeweils eine schematische Perspektivansicht eines Längsträgerteils des Längsträgerelements gemäß den 3 und 4.
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Die 1 zeigt eine Anordnung 10 eines in der 2 gezeigten Längsträgerelements 12 an einer Personenkraftwagenkarosserie 14. Das Längsträgerelement 12 ist in Fahrzeuglängsrichtung vor einer eine Fahrgastzelle der Personenkraftwagenkarosserie 14 nach vorne begrenzenden und in der 1 nicht gezeigten Stirnwand der Personenkraftwagenkarosserie angeordnet. Die Stirnwand erstreckt sich dabei zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung zwischen zwei seitlichen A-Säulen 16 der Personenkraftwagenkarosserie 14. Von den seitlichen A-Säulen 16 ist in der 1 lediglich die bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung linke A-Säule 16 gezeigt.
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Die Personenkraftwagenkarosserie 14 umfasst einen Bodenlängsträger 18, welcher einem Fahrzeugboden bzw. Hauptboden der Personenkraftwagenkarosserie zugeordnet ist. Ferner umfasst die Personenkraftwagenkarosserie 14 einen sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Querträger 20, welcher mit dem Bodenlängsträger 18 verbunden ist.
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Wie der 1 zu entnehmen ist, ist das Längsträgerelement 12 an dem Querträger 20 angebunden. Ferner ist das Längsträgerelement 12 an der linken A-Säule 16 angebunden. Alternativ oder zusätzlich kann der Querträger 20 an der rechten A-Säule angebunden sein.
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Das Längsträgerelement 12 weist einen ersten Längsträgerbereich 22 auf, welcher sich vor der Stirnwand zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Das Längsträgerelement 12 weist ferner einen zweiten Längsträgerbereich 24 auf, welcher sich in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten an den ersten Längsträgerbereich 22 anschließt und welcher in Fahrzeugquerrichtung und in Fahrzeuglängsrichtung verläuft.
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Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, weist der zweite Längsträgerbereich 24 dabei einen ersten Längsträgerteilbereich 26 auf, welcher sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckt. An den ersten Längsträgerteilbereich 26 schließt sich ein zweiter Längsträgerteilbereich 28 an, welcher sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung von dem ersten Längsträgerteilbereich 26 nach hinten erstreckt. Die Längsträgerteilbereiche 26, 28 sind dabei über einen zumindest im Wesentlichen bogenförmigen, konvexen Übergangsbereich 30 des zweiten Längsträgerbereichs 24 miteinander verbunden. Ausgehend von dem ersten Längsträgerbereich 22 erstreckt sich der zweite Längsträgerbereich 24 über die Längsträgerteilbereiche 26, 28 und den Übergangsbereich 30 zunächst in Fahrzeugquerrichtung nach außen sowie in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten und erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung zumindest im Wesentlichen auf gleicher Höhe wie ein Seitenschweller 32 der Personenkraftwagenkarosserie 14.
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Das Längsträgerelement 12 umfasst darüber hinaus einen dritten Längsträgerbereich 34, welcher zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verläuft und welcher sich in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten an den ersten Längsträgerbereich 22 anschließt. Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist der dritte Längsträgerbereich 34 in Fahrzeugquerrichtung weiter außen angeordnet als der erste Längsträgerbereich 22. Darüber hinaus ist der dritte Längsträgerbereich 34 in Fahrzeugquerrichtung von dem zweiten Längsträgerbereich 24 beabstandet. In Fahrzeughochrichtung sind der zweite Längsträgerbereich 24 und der dritte Längsträgerbereich 34 auf gleicher Höhe angeordnet, während der erste Längsträgerbereich 22 demgegenüber oberhalb über die bogenförmige Anbindung angeordnet ist.
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Die voneinander beabstandete Längsträgerbereiche 24, 34 sind über einen vierten Längsträgerbereich 36 miteinander verbunden, welcher sich in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten an die Längsträgerbereiche 24, 34 anschließt und sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckt. Vorliegend sind an dem vierten Längsträgerbereich 36 Anbindungselemente 38 vorgesehen, welche in korrespondierende Aufnahmeöffnungen des Querträgers 20 eingesteckt sind. Dadurch ist mit Unterstützung durch ergänzende Fügetechniken eine feste Anbindung des Längsträgerelements 12 am Querträger 20 realisiert. Das Längsträgerelement 12 ist vorliegend als einstückiges Massivumformteil aus Aluminium gebildet. Dadurch ist das Längsträgerelement 12 zeit- und kostengünstig hergestellt sowie an beispielsweise bei einer zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden, unfallbedingten Kraftbeaufschlagung auftretende Belastungen und Lastrichtungen angepasst.
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Durch die Längsträgerbereiche 24, 34 ist, wie insbesondere der 1 zu entnehmen ist, ein Kraftrichtungsgabelstück vor der Stirnwand gebildet, über welches unfallbedingte Lasten in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung), in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) sowie gegebenenfalls in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) abgeleitet werden können.
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In Fahrzeuglängsrichtung nach vorne schließt sich an das Längsträgerelement 12 ein Energieabsorptionselement 40 an, welches zumindest im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und daher auch als Crash-Tube (Unfallröhre) bezeichnet wird. Das Energieabsorptionselement 40 ist in Fahrzeuglängsrichtung am Längsträgerelement 12 abgestützt und über jeweilige Fügflansche 42 an dieses angeflanscht. Kommt es beispielsweise zu einem Frontalaufprall des Personenkraftwagens auf eine Barriere, so kommt es zu einer Verformung unter Energieverzehrung des Energieabsorptionselements 40, bei welcher das Energieabsorptionselement 40 insbesondere nach Art einer Ziehharmonika längenverkürzt wird. Über das Energieabsorptionselement 40 werden unfallbedingte Lasten in das Längsträgerelement 12 eingeleitet, welches die unfallbedingten Lasten über die Längsträgerbereiche 22, 24, 34 auf vorteilhaften Kraftpfaden weiterleiten und beispielsweise in die Personenkraftwagenkarosserie 14 einleiten und verteilen kann. Dabei kann auch eine gesteuerte Deformation des Längsträgerelements 12 in einem festlegbaren Bereich durch das Vorsehen einer Deformationszone und durch die entsprechende Auslegung des Kraftrichtungsgabelstückes vor der Stirnwand entlang einer Kraftverlaufszone in x-, y- und z-Richtung realisiert werden.
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Insbesondere ist es möglich, dass die unfallbedingten Lasten über das Längsträgerelement 12 auf günstigen Lastpfaden in den Seitenschweller 32 und den Bodenlängsträger 18 eingeleitet und so an der Fahrgastzelle herumgeführt werden. Dies kommt der Sicherheit von Insassen der Fahrgastzelle zugute.
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Kraftpfeile 44, 46 in der 1 deuten dabei die Ableitung der unfallbedingten Kräfte in x- und y-Richtung an. Ein Kraftpfeil 48 deutet die Ableitung der unfallbedingten Kräfte in x- und z-Richtung an. Ein Kraftpfeil 50 deutet die dynamische Beanspruchung aus dem Fahrzeugbetrieb an. Dabei kann ergänzend eine in den 1 und 2 nicht dargestellte Strebenkonstruktion mit Strebenelementen vorgesehen sein, um die unfallbedingten Lasten insbesondere in Fahrzeughochrichtung nach oben abzuleiten. Die Strebenelemente können als Massivumformteile, als Gussbauteile ausgebildet oder aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, gebildet sein und zur Versteifung des Längsträgerelements 12 bzw. der Anordnung 10 dienen. Dies kann auch auf die 3 und 4 übertragen werden.
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Das Längsträgerelement 12 weist Aufnahmeöffnungen 52, 54 sowie eine Aufnahme 56 auf, an welchen die Strebenelemente und/oder anderweitige Anbauteile des Personenkraftwagens angebunden werden können. Durch unterschiedliche bzw. variierende Materialverteilungen können die Aufnahmeöffnungen 52, 54 und/oder die Aufnahme 56 an die Anbauteile und/oder die Strebenelemente entsprechend der Kraftverlaufskurve angepasst und für die Ableitung bzw. Verteilung der unfallbedingten Lasten ausgelegt werden. Bei dem Längsträgerelement 12 kann es sich vorliegend um ein in Fahrzeughochrichtung unteres Längsträgerelement 12 handelt, wobei in Fahrzeughochrichtung oberhalb des Längsträgerelements 12 wenigstens ein weiteres Trägerelement, insbesondere Längsträgerelement, vorgesehen sein kann. Das Längsträgerelement 12 ist somit vorliegend einer unteren Längsträgerebene zugeordnet, welche in Fahrzeughochrichtung unterhalb wenigstens einer darüber angeordneten Längsträgerebene angeordnet ist.
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Gemäß den 1 und 2 ist das Längsträgerelement 12 einstückig ausgebildet. Die 3 bis 5b zeigen eine weitere Ausführungsform des Längsträgerelements 12 und dessen Anordnung 10 an der Personenkraftwagenkarosserie 14, wobei das Längsträgerelement 12 mehrstückig ausgebildet ist.
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Das Längsträgerelement 12 umfasst ein erstes Längsträgerteil 27 und ein zweites Längsträgerteil 29, welche separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden sind. Das erste Längsträgerteil 27 ist in Schalenbauweise ausgebildet und umfasst zwei miteinander verbundene Schalenelemente 23, 25. Der erste Längsträgerbereich 22 ist durch das erste Längsträgerteil 27 gebildet. Der zweite Längsträgerbereich 24 ist durch das zweite Längsträgerteil 29 gebildet. Der dritte Längsträgerbereich 34 ist durch das erste Längsträgerteil 27 gebildet.
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Der dritte Längsträgerbereich 34 von vorne innen nach hinten außen schräg zur Fahrzeuglängsrichtung. Der erste Längsträgerteilbereich 26 verläuft zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung. Auch der zweite Längsträgerteilbereich 28 verläuft zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung, ist gegenüber dem ersten Längsträgerteilbereich in Fahrzeugquerrichtung weiter innen angeordnet. Durch die mehrstückige Ausgestaltung des Längsträgerelements 12 kann es Aufgaben der Modularisierung übernehmen.
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Wie den 5a–b zu entnehmen ist, weist das erste Längsträgerteil 27 des Längsträgerelements 12 Anbindungsaufnahmen 58, 60 auf, die integriert über ein Fügesystem beispielsweise einen Integralträger oder eine Konsole oder wenigstens ein Anbauteil aufnehmen.
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Bei dem Längsträgerelement 12 der 1 bis 5b, insbesondere der 1 und 2, bei dem der dritte Längsträgerbereich 34 und der zweite Längsträgerteilbereich 28 zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, kann vorgesehen sein, dass der dritte Längsträgerbereich 34 und/oder in der zweite Längsträgerteilbereich 28 als Energieabsorptionselement ausgebildet bzw. durch ein solches Energieabsorptionselement gebildet ist bzw. sind.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das Längsträgerelement 12 gemäß den 1 bis 5b wenigstens eine Fläche aufweist, welche mittels eines Gussbauteils und/oder eines Kunststoffs, insbesondere eines faserverstärkten Kunststoffs verstärkt ist und über welche das Längsträgerelement 12 mit dem in Fahrzeughochrichtung oberhalb des Längsträgerelements 12 angeordneten, wenigstens einen weiteren Trägerelement, insbesondere Längsträgerelement, der oberen Längsträgerebene verbunden ist. Das wenigstens eine weitere Trägerelement kann dabei zumindest im Wesentlichen parallel zu dem demgegenüber unteren Längsträgerelement 12 verlaufen. Diese Verbindung erfolgt beispielsweise über wenigstens ein Verbindungselement, insbesondere ein Strebenelement, welches über die verstärkte Fläche des Längsträgerelements 12 an diesem angebunden ist. Ebenso kann eine Mehrzahl derartiger Verbindungselement, insbesondere Strebenelemente, vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004021165 A1 [0002]
