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Die Erfindung betrifft eine Stirnwandstruktur für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Gattungsgemäße Stirnwandstrukturen für Kraftfahrzeuge sind in zahlreichen Variationen bekannt. So zeigt die
DE 10 2010 050 824 A1 eine Stirnwandstruktur eines Kraftfahrzeugs mit einem Querträger in Fahrzeugquerrichtung, der als Bodenquerträger und/oder Fußraumquerträger vorgesehen ist und zur verbesserten Kraftverteilung bei einer Frontalcrashsituation ein krafteinleitendes Lastpfadprofil aufweist, das sich von einem Längsträger-Abstützbereich am Querträger ausgehend in Richtung zu einem Trägerbauteil erstreckt. Das Trägerbauteil kann dabei ein Schweller und/oder eine Längsträgerverlängerung und/oder ein mitteltunnelseitiger Verstärkungsträger sein. Die vom Trägerbauteil aufgenommene Kraft wird dabei weiter in Fahrzeuglängsrichtung in die Karosserie eingeleitet.
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Aus der
DE 10 2005 006 250 B3 ist eine Fahrzeugkarosserie eines Kraftwagens mit einem einen Motorraum mindestens bereichsweise quer zur Fahrtrichtung begrenzenden Längsträger bekannt. Zur Entlüftung des Motorraums ist in einer Wand des Längsträgers ein Ausschnitt vorgesehen. Die Fahrzeugkarosserie weist eine den Motorraum sowie den Radlaufbereich in ihrem in Fahrtrichtung gesehenen hinteren Bereich begrenzende Stirnwand auf, an welcher ein Querträger und der Längsträger angebunden sind. Der Längsträger weist zwei steil aufragende Wandbereiche auf, welche den Motorraum bereichsweise begrenzen. Der Querträger weist einen Profilkörper auf, welcher bereichsweise vor der Stirnwand angeordnet und entlang der Anlagekanten befestigt und seitlich am Längsträger angebunden ist. Der Querträger erstreckt sich vom Längsträger weg bis zu einer A-Säule und/oder einem Schwellerlängsträger. Zudem ist der Querträger entlang einer den Ausschnitt des Längsträgers begrenzenden Kante umlaufend angebunden und weist an seinem dem Längsträger abgewandten Endbereich eine Entlüftungsöffnung auf.
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Die Dokumente
US 2009/0243272 A1 ,
DE 10 2006 042 376 A1 ,
DE 197 30 404 B4 ,
DE 195 81 700 T5 und
WO 2009/015722 A2 offenbaren jeweils einen Hilfsrahmen im Fahrwerkbereich eines zweispurigen Fahrzeugs. Die offenbarten Hilfsrahmen umfassen jeweils zwei voneinander beabstandete Längsträger, welche über mindestens einen Querträger miteinander verbunden sind. Die Endbereiche der Querträger sind gabelförmig ausgebildet, so dass der jeweilige Querträger vier Enden zu Befestigung aufweist. Die offenbarten Hilfsrahmen weisen Aufnahmestellen für die Befestigung von Teilen der jeweiligen Fahrzeugachse und Befestigungsstellen zur Anlenkung des Hilfsrahmens an der Karosserie bzw. am Chassis des Fahrzeugs auf.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stirnwandstruktur für ein Kraftfahrzeug mit einem Querträger zu schaffen, der leicht baut und welcher die Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit der Karosserie in einfacher Art und Weise erhöht, was zu einem verbesserten Frontalcrashverhalten führt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Stirnwandstruktur für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Stirnwandstruktur für ein Kraftfahrzeug mit zwei in Fahrzeughochrichtung verlaufenden A-Säulen zur Verfügung, welche über einen sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Querträger miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß sind zur Verbesserung des Frontalcrashverhaltens Endbereiche des Querträgers gabelförmig ausgebildet, so dass der Querträger mindesten vier Enden zur Befestigung aufweist. Die Enden der oberen Schenkel der gabelförmigen Endbereiche des Querträgers weisen in einer ersten Raumrichtung einen vorgegebenen ersten Abstand zu den korrespondierenden Enden der unteren Schenkel der gabelförmigen Endbereiche auf. Zudem sind die gabelförmigen Endbereiche des Querträgers jeweils an in Fahrzeughochrichtung voneinander beabstandeten Stellen mit der jeweiligen A-Säule fest verbunden.
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Durch die vier Enden zur Befestigung können in vorteilhafter Weise mehrere Lastpfade ausgebildet werden, so dass die Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit der Fahrzeugkarosserie erhöht werden können. Zusätzlich ergibt sich durch die einfache Formgestaltung ein hohes Leichtbaupotenzial.
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Zusätzlich können die Enden der oberen Schenkel der gabelförmigen Endbereiche des Querträgers in einer zweiten Raumrichtung einen vorgegebenen zweiten Abstand zu den korrespondierenden Enden der unteren Schenkel der gabelförmigen Endbereiche aufweisen. Dadurch können die Enden des Querträgers einfach an die Einbauposition bzw. die Befestigungsstellen angepasst werden.
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Um ein geringes Gewicht erzielen zu können, kann der Querträger vorzugsweise als Hohlprofil ausgeführt werden. Das Hohlprofil kann beispielsweise mittels Druckgussverfahren oder Strangpressverfahren aus Stahl oder Aluminium hergestellt werden.
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Vorzugsweise kann der Querträger über die unteren Schenkel der gabelförmigen Endbereiche in Höhe eines Bodenbereichs der Fahrzeugkarosserie und über die oberen Schenkel der gabelförmigen Endbereiche in einem Fußbereich der A-Säule mit der jeweiligen A-Säule verbunden werden. Durch die relativ breite Verspreizung der Verbindungspunkte an der A-Säule lässt sich die Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit der Fahrzeugkarosserie weiter verbessern.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stirnwandstruktur können ein Ende des unteren Schenkels und ein Ende des oberen Schenkels des jeweiligen Endbereichs des an der A-Säule angebrachten Querträgers in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandet werden, was zu einer weiteren Verspreizung der Verbindungspunkte an der A-Säule führt und die Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit der Fahrzeugkarosserie weiter verbessert.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stirnwandstruktur führen Längsträger eines Vorderbaus der Fahrzeugkarosserie zu Gabelpunkten der gabelförmigen Endbereiche des Querträgers. Damit lässt sich über entsprechende Lastpfade eine gute Krafteinleitung bei einem Frontalcrash in den Querträger und über die Schenkel zu den A-Säulen erzielen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stirnwandstruktur stützt sich der Querträger an einem Mitteltunnel der Fahrzeugkarosserie ab. Damit lässt sich in vorteilhafter Weise ein Einknicken des Querträgers verhindern und über entsprechende Lastpfade eine gute Krafteinleitung bei einem Frontalcrash in die A-Säulen der Fahrzeugkarosserie erzielen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer Fahrzeugkarosserie mit einem erfindungsgemäßen Querträger,
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2 eine schematische Schnittdarstellung der Fahrzeugkarosserie quer zur Fahrzeuglängsrichtung mit dem erfindungsgemäßen Querträger,
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3 eine schematische Schnittdarstellung des Anbindungsbereichs des erfindungsgemäßen Querträgers an eine A-Säule quer zur Fahrzeughochrichtung,
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4 eine schematische Ansicht von oben der auf die Anbindungsbereiche des erfindungsgemäßen Querträgers an den A-Säulen der Fahrzeugkarosserie,
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5 eine schematische Ansicht von vorne auf die Fahrzeugkarosserie in Fahrzeuglängsrichtung, und
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6 eine schematische Ansicht von hinten auf die Fahrzeugkarosserie entgegen der Fahrzeuglängsrichtung.
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Aus dem in 1 dargestellten vorderen Ausschnitt einer Fahrzeugkarosserie 1 ist ein kastenförmiger Vorderbau 2 erkennbar, der einen Motorinnenraum 3 umgrenzt. Eine A-Säule 4 stützt in bekannter Weise eine Dachstruktur 5 ab und ist an einem Bauteil einer Bodengruppe des Kraftfahrzeugs, insbesondere an einem unteren äußeren Mittellängsträger 6, welcher ein Schweller sein kann, an ihrem Fußbereich 7 angeflanscht. Der Fußbereich 7 erstreckt sich in Fahrzeughochachse z gesehen vom Mittellängsträger 6 an einem Bodenbereich 8 der Fahrzeugkarosserie 1 bis etwa zur einem ersten Drittel der A-Säule 4.
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Der Vorderbau 2 enthält in bekannter Weise zwei Längsträger 9, 10 und zwei weitere obere Träger 11, 12, die in Fahrzeuglängsrichtung x von einem Vorderrahmen 15 zu einem Stirnwandbereich 14 führen. Der Vorderrahmen 15 bildet mit einem nicht dargestellten Stoßfänger einen Aufbau der Fahrzeugvorderseite. Eine Stirnwandstruktur 14, welche den Motorinnenraum 3 von einem Fahrzeuginnenraum 33 trennt, wird teilweise von einem erfindungsgemäßen Querträger 20 gebildet, der in Fahrzeugquerrichtung y verläuft und an welchen die zwei Längsträger 9, 10 angeflanscht sind.
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Wie aus 1 bis 6 ersichtlich ist, sind Endbereiche 21, 22 des Querträgers 20 erfindungsgemäß gabelförmig ausgebildet, so dass der erfindungsgemäße Querträger 20 mindesten vier Enden 28, 29 zur Befestigung aufweist. Jeder Endbereich 21, 22 des Querträgers 20 weist einen in Fahrzeughochrichtung z gesehen unteren Schenkel 24 und einen oberen Schenkel 25 auf. Der Querträger 20 weist somit eine Y-förmige Vergabelung auf.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, weisen die Enden 29 der oberen Schenkel 25 der gabelförmigen Endbereiche 21, 22 des Querträgers 20 in einer ersten Raumrichtung, die im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fahrzeughochrichtung z entspricht, einen vorgegebenen ersten Abstand A1 zu den korrespondierenden Enden 28 der unteren Schenkel 24 der gabelförmigen Endbereiche 21, 22 auf.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, weisen die Enden 29 der oberen Schenkel 25 der gabelförmigen Endbereiche 21, 22 des Querträgers 20 zusätzlich in einer zweiten Raumrichtung, die im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fahrzeuglängsrichtung x entspricht, einen vorgegebenen zweiten Abstand A2 zu den korrespondierenden Enden 28 der unteren Schenkel 24 der gabelförmigen Endbereiche 21, 22 auf.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, begrenzen Gabelpunkte 26 der gabelförmigen Endbereiche 21, 22 einen Mittelteil 27 des Querträgers 20. Die Längsträger 9, 10 des Vorderbaus 2 der Fahrzeugkarosserie 1 führen bzw. fluchten zu den Gabelpunkten 26, das bedeutet, dass an den Gabelpunkten 26 der gabelförmigen Endbereiche 21, 22 jeweils ein Längsträger 9; 10 angreift. Die Schenkelenden 28, 29 eines jeden gabelförmigen Endbereichs 21, 22 sind mit den A-Säulen 4 jeweils an zwei in Fahrzeughochrichtung z mit dem Abstand A1 voneinander beabstandeten Stellen 40, 41 verbunden. Somit werden jeweils zwei Enden 28, 29 der gabelförmigen Endbereiche 21, 22 des Querträgers 20 mit der A-Säule 4 verbunden bzw. eingeschuht. Die Verbindung der Enden 28, 29 der gabelförmigen Endbereiche 21, 22 kann durch Verschweißen oder dergleichen erfolgen. Bei dem Querträger 20 kann es sich um ein Hohlprofil aus Stahlblech oder auch um ein Hohlprofil aus Aluminium handeln. Dieser kann zum Beispiel mittels Druckgussverfahren oder Strangpressverfahren hergestellt werden. Wie aus 1 bis 6 weiter ersichtlich ist, verläuft der Mittelteil 27 des Querträgers 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel in derselben Höhe in Fahrzeughochrichtung z wie die Längsträger 9, 10. Alternativ kann der Mittelteil 27 des Querträgers 20 aber auch etwas oberhalb oder unterhalb von diesen angeordnet sein.
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Wie aus 1 bis 6 weiter ersichtlich ist, ist die dargestellte Stirnwandstruktur 14 eines Kraftfahrzeugs von den zwei in Fahrzeughochrichtung z verlaufenden A-Säulen 4 seitlich begrenzt und umfasst den sich in Fahrzeugquerrichtung y erstreckenden erfindungsgemäßen Querträger 20, der die beiden A-Säulen 4 miteinander verbindet. Somit bildet der Querträger 20 nur einen Teil der Stirnwandbereichs 14. Wie aus 4 und 6 weiter ersichtlich ist, stützt sich der Querträger 20 an einem stirnwandseitig vorgesehenen Rahmenteil 30 der Stirnwandstruktur 14 ab, das wiederum an einem Mitteltunnel 31 abgestützt ist. Der Mitteltunnel 31 führt in bekannter Weise von der Stirnwandstruktur 14, welche den Fahrzeuginnenraum 33 vom Motorinnenraum 3 trennt, zu einem Hinterachsbereich des Fahrzeugs und dient zum Beispiel zur Aufnahme von Versorgungsleitungen und/oder einer Antriebswelle.
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Wie aus 1 bis 6 weiter ersichtlich ist erfolgt die Anbindung der gabelförmigen Endbereiche 21, 22 des Querträgers 20 mit den Enden 28 der unteren Schenkel 24 am Fußbereich 7 der A-Säule 4 etwa in Höhe des Bodenbereichs 8 bzw. des Mittellängsträgers 6 und mit den Enden 29 der oberen Schenkel 25 um den Abstand A1 in Fahrzeughochrichtung versetzt am Fußbereich 7 der A-Säule 4. Der Fußbereich 7 der A-Säule entspricht etwa einem ersten Drittel der A-Säule 4, verläuft jedoch höchstens bis zur Höhe der Seitenscheiben. Der Querträger 20 verbindet mit seinen vier Schenkeln 24, 25 und dem Mittelteil 27 die beiden A-Säulen 4 miteinander. Die bei einem durch Pfeile 45 dargestellten wirkenden Kräfte, beispielsweise aufgrund eines Frontalaufpralls, werden von den Längsträgern 9, 10 auf den Querträger 20 übertragen, der im Mittelteil 27 durch den Mitteltunnel 31 von einer durch den Pfeil 46 dargestellten Stützkraft gestützt wird. Dadurch überträgt der Querträger die bei einem Aufprall wirkenden Kräfte zu den A-Säulen 4. Zugleich liegt durch die Anbindung bzw. Einschuhung der Enden 28, 29 der Schenkel 24, 25 der gabelförmigen Endbereiche 21, 2 an den A-Säulen 4 eine gute Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit des Querträgers 20 vor, der somit entsprechende Lastpfade zu den A-Säulen 4 ausbildet, so dass sich insgesamt ein verbessertes Frontalcrashverhalten erzielen lässt. Die Aufprallenergie wird somit nicht nur in Richtung Mitteltunnel 31, sondern auch in die beiden A-Säulen 4 geleitet. Es liegen somit vorteilhafterweise mehrere Lastpfade vor. Wie insbesondere aus 5 und 6 weiter ersichtlich ist, sind die Enden 28 der unteren Schenkel 24 und die Enden 29 der oberen Schenkel 25 der gabelförmigen Endbereiche 21, 22 des Querträgers 20 nicht nur in Fahrzeughochachse z, sondern auch in Fahrzeuglängsrichtung x mit dem Abstand A2 voneinander beabstandet angeordnet, um zur guten Anbindung an die A-Säule 4 diese an ihren beiden Seiten quasi zu umfassen.
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Der Querträger 20 stellt im Ausführungsbeispiel einen Stirnwandquerträger dar. Prinzipiell ist es möglich, die erfindungsgemäße Lösung auch bei Fußraumquerträgern entsprechend vorzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugkarosserie
- 2
- Vorderbau
- 3
- Motorinnenraum
- 4
- A-Säule
- 5
- Dachstruktur
- 6
- Mittellängsträger
- 7
- Fußbereich
- 8
- Bodenbereich
- 9, 10
- Längsträger
- 11, 12
- oberer Träger
- 14
- Stirnwandstruktur
- 15
- Vorderrahmen
- 20
- Querträger
- 21, 22
- Endbereich
- 24
- untere Schenkel
- 25
- obere Schenkel
- 26
- Gabelpunkt
- 27
- Mittelteil
- 28
- unteres Ende
- 29
- oberes Ende
- 30
- Rahmenteil
- 31
- Mitteltunnel
- 33
- Fahrzeuginnenraum
- 40, 41
- Stellen
- 45, 46
- Pfeile
- A1, A2
- Abstand
