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Die Erfindung betrifft einen Vorderwagen für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Bei einer Fahrzeugkollision mit nur geringfügiger seitlicher Überdeckung besteht die Problematik, dass die Kollisionskräfte nicht unmittelbar in den frontseitigen Stoßfänger-Querträger und weiter in die Fahrzeuglängsträger eingeleitet werden. Vielmehr erfolgt bei dieser speziellen Unfallkonstellation die Krafteinleitung vorbei am Stoßfänger-Querträger über den seitlichen Karosserieoberbau sowie insbesondere über das crashzugewandte Fahrzeugrad in den dahinterliegenden oberen und unteren A-Säulenknoten, von dem die eingeleiteten Kollisionskräfte weiter in die Fahrzeugtür sowie in den, den Fußraum begrenzenden Seitenschweller übertragen werden.
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Aus der
DE 10 2008 036 868 A1 ist ein gattungsgemäßer Vorderwagen für ein Fahrzeug bekannt. Dieser weist in der Fahrzeugquerrichtung betrachtet gegenüberliegende A-Säulen auf. Jede dieser A-Säulen ist als Hohlprofil ausgebildet, und zwar mit einem innenliegenden Blechformteil und einem außenliegenden Blechformteil, die über randseitige Flanschverbindungen miteinander punktverschweißt sind. Im Bereich des oberen A-Säulenknotens ist am außenliegenden Blechformteil ein Scharnierelement für eine Kraftfahrzeugtür befestigt. Für eine bauteilsteife Anbindung ist das Scharnierelement an einer bolzenartigen Momentenstütze gehaltert, die sich durch den Hohlraum der A-Säule bis zum innenliegenden Blechformteil der A-Säule erstreckt und mit seiner Innenseite verschweißt ist.
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Bei der oben dargelegten speziellen Unfallkonstellation mit nur geringfügiger seitlicher Überdeckung kann insbesondere auf die Flanschverbindungen zwischen den innen- und außenliegenden Blechformteilen der A-Säule eine Zug-/Scherbeanspruchung einwirken. Diese kann dazu führen, dass die Flanschverbindungen aufreißen und sich das außenliegende Blechformteil der A-Säule seitlich nach außen aufwölbt.
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Aus der
DE 100 63 509 A1 ist eine Scharnierbefestigung an einer Fahrzeugkarosserie bekannt, bei der ein Scharnierelement für die Fahrzeugtür über ein Verstärkungsteil gestützt wird. Das Verstärkungsteil erstreckt sich durch den Hohlraum der A-Säule und ist jeweils innenseitig am innenliegenden Blechformteil und am außenliegenden Blechformteil der Tragsäule befestigt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Vorderwagen für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei dem das Deformationsverhalten des Fahrzeuges bei einer Fahrzeugkollision verbessert ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass bei einer Fahrzeugkollision mit geringfügiger seitlicher Überdeckung die betroffene A-Säule einer erhöhten Scherbeanspruchung bzw. einer in der Fahrzeugquerrichtung wirkenden Zugbeanspruchung ausgesetzt ist, wodurch die Gefahr besteht, dass die Flanschverbindung zwischen den innenliegenden und außenliegenden Blechformteilen der A-Säule aufreißt. Vor diesem Hintergrund werden erfindungsgemäß die Flanschverbindungen der A-Säule zugentlastet. Damit kann die A-Säule einer erhöhten unfallbedingten Krafteinleitung nahezu störungsfrei standhalten. Hierzu ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ein Zugelement vorgesehen, das sich zwischen dem innen- und außenliegenden Blechformteil erstreckt. Das in der Fahrzeugquerrichtung äußere Ende des Zugelementes ist dabei bevorzugt mit einem am außenliegenden Blechformteil gehalterten Scharnierelement verbunden. Das innere Ende des Zugelementes ist dagegen mit dem innenliegenden Blechformteil verbunden. Das innenliegende Ende des Zugelementes ist erfindungsgemäß nicht nur durch eine einfache Schweißverbindung am innenliegenden Blechformteil angeschweißt, sondern Bestandteil eines Dreilagenaufbaus, bei dem das innere Ende des Zugelementes zwischen dem innenliegenden Blechformteil der A-Säule und einem zusätzlichen Gegenhalter formschlüssig zwischengesetzt ist.
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Das erfindungsgemäße Zugelement arbeitet daher in Doppelfunktion: Im normalen Fahrbetrieb ist es ein Verstärkungsteil, das eine positionsgenaue Anordnung des Scharnierelementes gewährleistet. Bei einer Fahrzeugkollision wird durch das Zugelement ein zusätzlicher Kraftpfad bereitgestellt, mit dem die Flanschverbindungen der A-Säule zugentlastet werden. Durch die spezielle bauteilfeste Verbindung am innenliegenden Blechformteil ist gewährleistet, dass das Zugelement nicht vom innenliegenden Blechformteil abreißt, sondern auch einer größeren unfallbedingte Krafteinleitung standhalten kann.
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Bevorzugt kann das Zugelement geschützt vor äußeren mechanischen Einflüssen innerhalb des Hohlraums zwischen dem innenliegenden Blechformteil und dem außenliegenden Blechformteil angeordnet sein. Die Anbindung der inneren und äußeren Enden des Zugelementes erfolgt insbesondere über Schweißverbindungen und/oder über eine Kleb- bzw. Schraubverbindung. Erfindungsgemäß ist somit das innere Ende des Zugelementes einerseits durch eine Kleb- oder Schweißverbindung stoffschlüssig am innenliegenden Blechformteil der A-Säule befestigt. Zusätzlich ist das Zugelement auch formschlüssig zwischen dem innenliegenden Blechformteil und einem zusätzlichen Gegenhalter befestigt. Das heißt, dass auch bei einem Reißen der Stoffschlussverbindung das Zugelement nach wie vor durch die Formschlussverbindung am innenliegenden Blechformteil gehaltert ist, wodurch eine Zugentlastung in der Fahrzeugquerrichtung bewirkt werden kann.
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Zur Realisierung des Dreilagenaufbaus ist es besonders bevorzugt, wenn das innere Ende des Zugelementes durch eine Durchführungsöffnung des innenliegenden Blechformteils aus dem A-Säulen-Hohlraum herausgeführt ist und das innenliegende Blechformteil hintergreifen kann. In diesem Fall ist der Gegenhalter außerhalb des A-Säulen-Hohlraumes angeordnet. Beispielhaft kann der Gegenhalter ein Blech-Bauteil sein, das in der Fahrzeugquerrichtung von innen an die A-Säule zum Beispiel in Schweiß-, Kleb- oder Schraubverbindung befestigt wird.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der Gegenhalter kein separates Blechteil ist, sondern vielmehr Bestandteil einer Querbaugruppe ist, die sich kraftschlüssig zwischen den beiden A-Säulen erstreckt. Auf diese Weise kann unter Zwischenschaltung des Gegenhalters die Aufprallenergie zumindest teilweise über den Gegenhalter in die Querbaugruppe eingeleitet werden. Die sich zwischen den beiden A-Säulen erstreckende Querbaugruppe kann als eine einteilige Schweißgruppe realisiert sein, in der beispielhaft ein Modul-Querträger, eine den Fahrzeuginnenraum begrenzende Stirnwand und/oder ein Wasserkasten-Gehäuse integriert sind.
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Die Querbaugruppe kann an ihren beiden Seiten jeweils vordefinierte Anschlussprofile aufweisen, an die jeweils korrespondierende Anschlussprofile der A-Säule zum Beispiel durch Schweißverbindung anbringbar sind. Dabei kann der Gegenhalter speziell als ein Flanschabschnitt des Anschlussprofiles der Querbaugruppe realisiert sein. In diesem Fall kann in der Zusammenbaulage das innere Ende des Zugelementes zwischen diesem Flanschabschnitt der Querbaugruppe und dem innenliegenden Blechformteil der A-Säule in Sandwich-Bauweise in der Fahrzeugquerrichtung formschlüssig zwischengesetzt sein.
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Der Zusammenbau der Querbaugruppe mit einer A-Säule kann wie folgt durchgeführt werden: Zunächst wird das innere Ende des Zugelementes mit dem Flanschabschnitt des Anschlussprofils der Querbaugruppe verbunden (verschweißt). Anschließend wird das Anschlussprofil des innenliegenden Blechformteils mit dem korrespondierenden Querbaugruppen-Anschlussprofil verbunden, und zwar unter Bildung des Dreilagenaufbaus, bei dem ein Blechabschnitt des innenliegenden Blechformteils in Anlage mit dem inneren Ende des Zugelementes kommt. Darauffolgend wird das außenliegende Blechformteil der A-Säule in Flanschverbindung mit dem innenliegenden Blechformteil gebracht.
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Das Zugelement kann beispielhaft ein bolzenförmiges Bauteil oder ein Blechbauteil sein, was aus fertigungstechnischen Gründen bevorzugt ist. Das Blechbauteil kann an seinen inneren und äußeren Enden jeweils abgewinkelte Randflansche aufweisen, die mit den Blechformteilen der A-Säule verbindbar sind. Besonders bevorzugt ist das als Blechbauteil ausgeführte Zugelement ein rinnenförmiges Bauteil mit einem Rinnenboden sowie mit seitlich hochgezogenen Seitenwänden. Der Rinnenboden kann das äußere Ende des Zugelementes bilden, das in Anlage mit der Innenseite des außenliegenden Blechformteiles ist. An den beide Seitenwänden des rinnenförmigen Blechbauteiles können jeweils Randflansche abgewinkelt sein, die die inneren Zugelement-Enden bilden.
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Die Geometrien des Zugelementes sowie der Durchführungsöffnung des innenliegenden Blechformteils können bevorzugt so aufeinander abgestimmt sein, dass sich ein geringfügiges Lochspiel in der Fahrzeuglängsrichtung zwischen dem Zugelement und dem Rand der Durchführungsöffnung einstellt. Im Crashfall kann das Zugelement unter Aufbrauch des Lochspiels bis in Anschlag mit der Randkante der Durchführungsöffnung des innenliegenden Blechformteils gedrückt werden und dadurch einen weiteren Kraftpfad bereitstellen, wodurch Kollisionskräfte in der Fahrzeuglängsrichtung vom außenliegenden Blechformteil der A-Säule über das Zugelement in das innenliegende Blechformteil eingeleitet werden können.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer grob schematischen Ansicht von oben einen Pfahlcrash-Versuchsaufbau zur Durchführung einer Frontalkollision mit geringfügiger Überdeckung;
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2 eine vergrößerte Schnittdarstellung entlang der Schnittebene I-I aus der 1;
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3 eine Ansicht entsprechend der 2 in Explosionsdarstellung;
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4 in einer stark vergrößerten perspektivischen Darstellung eine Blechteilverbindung, die der in der 2 gezeigten Blechteilverbindung entspricht; und
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5 in einer Seitenansicht ein innenliegendes Blechformteil einer A-Säule mit durch eine Durchführungsöffnung der A-Säule ragenden Zugelement.
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In der 1 ist ein Versuchsaufbau gezeigt, mit dem ein Pfahlcrash mit einem Kraftfahrzeug 1 durchführbar ist. Mit dem dargestellten Versuchsaufbau kann eine Fahrzeugkollision mit lediglich geringfügiger seitlicher Überdeckung 3 simuliert werden, bei der sich die Aufprallfläche am Fahrzeug weitgehend seitlich außerhalb eines angedeuteten frontseitigen Stoßfänger-Querträgers 5 befindet. In dem Kraftfahrzeug 1 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Bauteile angedeutet. So schließen sich an den Stoßfänger-Querträger 5 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten zwei Fahrzeuglängsträger 7 an. Die Fahrzeuglängsträger 7 sind in der Fahrzeugquerrichtung y innerhalb an den Vorderrädern 9 vorbeigeführt. Die gestrichelt dargestellten Radhäuser 10 der Vorderräder 9 sind in der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten jeweils durch A-Säulen 12 begrenzt, von denen in der 1 lediglich jeweils die oberen A-Säulenknoten 11 gezeigt sind. Im oberen A-Säulenknoten 11 laufen ein oberer Längsträger 15 (nur in der 5 angedeutet) sowie eine Querbaugruppe 17 zusammen, in der beispielhaft ein Modul-Querträger 19, eine Stirnwand 21 und/oder ein Wasserkasten 23 integriert sind. Die Querbaugruppe 17 erstreckt sich gemäß der 1 zwischen den beiden gegenüberliegenden A-Säulen 12. Die Querbaugruppe 17 weist jeweils seitlich ein Anschlussprofil 25 (2 bis 4) auf, das mit der jeweils zugewandten A-Säule 12 in fester, kraftschlüssiger Verbindung 27 (1) ist.
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In der 2 ist der obere A-Säulenknoten 11 in einer stark vergrößerten schematischen Schnittdarstellung gezeigt. Demzufolge ist die A-Säule 12 ein Hohlprofil mit zwei schalenförmigen, innenliegenden und außenliegenden Blechformteilen 29, 31 aufgebaut. Die Blechformteile 29, 31 weisen seitlich hochgezogene Profilränder mit abgekanteten Randflanschen 33 auf. Diese sind im Zusammenbauzustand der 2 miteinander in Flanschverbindung 35, das heißt punktverschweißt. Die beiden innenliegenden und außenliegenden Blechformteile 29, 31 sind zusätzlich zu der oben erwähnten Flanschverbindung 35 mit einem Zugelement 37 kraftübertragend miteinander verbunden.
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Das Zugelement 37 ist gemäß den 2 bis 4 ein im Profil rinnenförmiges Blechbauteil mit einem Rinnenboden 39 und zwei hochgezogenen Seitenwänden 41. An die Seitenwände 41 schließen jeweils nach außen abgewinkelte Randflansche 43 an. In der Zusammenbaulage bilden die Randflansche 41 jeweils innere Enden des Zugelementes 37, während der Rinnenboden 39 in der Fahrzeugquerrichtung y das äußere Ende des Zugelementes 37 bildet.
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In der 2 ist das innere Ende 39 des Zugelementes 37 unter Zwischenlage einer Verstärkungsplatte 43 sowie des außenliegenden Blechformteils 29 an einem Scharnierelement 45 für die Kraftfahrzeugtür in Schraubverbindung 49. Die beiden Seitenwände 41 des Zugelementes 37 erstrecken sich dagegen in der Fahrzeugquerrichtung y vom Hohlraum 36 der A-Säule 12 durch eine Durchführungsöffnung 51 im innenliegenden Blechformteil 31 bis in das in der 2 beispielhaft topfförmige hohle Anschlussprofil 25 der Querbaugruppe 17 hinein. Ein dazu korrespondierendes Anschlussprofil 53 der A-Säule 12 ragt in das topfförmige Anschlussprofil 25 der Querbaugruppe 17 hinein. Der in der 2 gezeigte obere Randflansch 43 des Zugelementes 37 ist dabei formschlüssig zwischen dem Anschlussprofil 53 der A-Säule 12 und einem Flanschabschnitt 55 des Anschlussprofils 25 der Querbaugruppe 17 gesetzt. Dadurch ergibt sich ein Dreilagenaufbau 57, bei dem der obere Randflansch 43 des Zugelementes 37 in der Fahrzeugquerrichtung y formschlüssig zwischen dem A-Säulen-Anschlussprofil 53 und einem Flanschabschnitt 55 der Querbaugruppe 17 befestigt ist. Der in der 2 untere Randflansch 43 des Zugelementes 37 ist in einem entsprechenden Drei-Lagen-Aufbau 57 integriert. Demzufolge hintergreift der untere Randflansch 43 einen Öffnungsrand 59 der Durchführungsöffnung 51. Der untere Randflansch 43 ist daher zwischen dem Öffnungsrand 59 und dem weiteren Flanschabschnitt 55 des Anschlussprofils 25 der Querbaugruppe 17 formschlüssig angeordnet.
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Anhand der 3 ist der Montagevorgang zum Zusammenbau der in der 2 dargestellten Blechteilverbindung veranschaulicht. Demzufolge wird in einem ersten Montageschritt I das Zugelement 37 mit seinen beiden Randflanschen 43 an den Flanschabschnitten 55 des Querbaugruppen-Anschlussprofiles 25 verschweißt.
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Im nächsten Montageschritt II wird das Anschlussprofil 53 der A-Säule 12 in das Querbaugruppen-Anschlussprofil 25 eingesetzt und an diesem durch Schweiß-, Kleb- und/oder Schraubverbindung befestigt. Hierbei wird das äußere Ende 39 des Zugelementes 37 durch die Durchführungsöffnung 51 des innenliegenden Blechformteils 31 geführt, während gleichzeitig die Randflansche 43 des Zugelementes 37 formschlüssig zwischen dem inneren Blechformteil 31 und den Flanschabschnitten 55 der Querbaugruppe 17 gesetzt werden.
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Im nächsten Montageschritt III wird das außenliegende Blechformteil 29 in Flanschverbindung 35 mit dem innenliegenden Blechformteil 31 gebracht. Zudem wird das äußere Ende 39 des Zugelementes 37 mit dem Scharnierelement 47 verschraubt, und zwar über die Zugangsöffnung 61 im Topfboden 63 des Querbaugruppen-Anschlussprofils 25. Die in der 2 und 3 dargestellte Blechteilverbindung ist in der 4 zum besseren Verständnis in perspektivischer Teilschnittdarstellung sowie mit losgelöstem außenliegenden Blechformteil 29 gezeigt.
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Bei einem in der 1 durchführbaren Fahrzeugcrash ergibt sich daher der folgende Sachverhalt:
Aufgrund der weitgehend außerhalb des Längsträgers 7 befindlichen Aufprallfläche erfolgt die Krafteinleitung vorbei am Stoßfänger-Querträger 5 unmittelbar in den seitlichen Karosserieoberbau und weiter auf das crashzugewandte, in der 1 linke Vorderrad 9. Die Felge des Vorderrads 9 wird im weiteren Crashverlauf mit einer, in der 1 gezeigten Kraft F nach hinten gegen die A-Säule 12, insbesondere deren A-Säulenknoten 11, gedrückt, an dem die Kraft F in den dahinterliegenden Seitenschweller 13 sowie die Fahrzeugtür 34 eingeleitet wird. Dadurch wird die Flanschverbindung 35 der A-Säule 12 einer Zugbeanspruchung ausgesetzt, bei der zueinander gegenläufige Zugkräfte FZ (2) in der Querrichtung y wirken.
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Damit die Zugbeanspruchung nicht zu einem Auseinanderreißen der Flanschverbindung 35 führt, ist das Zugelement 37 vorgesehen. Das Zugelement 37 ist einerseits in Schraubverbindung mit dem außenliegenden Blechformteil 29 und andererseits über den Dreilagenaufbau 57 formschlüssig zwischen der Querbaugruppe 17 und der A-Säule 12 angeordnet. Auf diese Weise wird im Crashfall die Flanschverbindung 35 sicher zugentlastet, wodurch ein Auseinanderreißen der A-Säule 12 zuverlässig verhindert ist.
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Das Zugelement 37 ist gemäß der 5 mit nur geringem Lochspiel Δx in der Fahrzeuglängsrichtung x durch die Durchführungsöffnung 51 des innenliegenden Blechformteils 31 geführt. Das heißt, dass im weiteren Crashverlauf unter Aufbrauch des Lochspiels Δx das Zugelement 37 in Anlage mit einer Randkante 65 (5) der Durchführungsöffnung 51 gedrückt wird, wodurch weitere Kollisionskräfte in das innenliegende Blechformteil 31 sowie in die Querbaugruppe 17 eingeleitet werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008036868 A1 [0003]
- DE 10063509 A1 [0005]
