DE102012222809B4

DE102012222809B4 - Vorderwagenstruktur

Info

Publication number: DE102012222809B4
Application number: DE102012222809.8A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Irmer; Olaf Kraschienski
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: DE102012222809A1

Abstract

Vorderwagenstruktur (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend
- einen ersten Längsträger (2) und einen zweiten Längsträger (3), an denen Aufhängungspunkte (18) für eine Vorderradaufhängung ausgebildet sind,
- einen vorderen Querträger (4), der zwischen den Längsträgern (2, 3) angeordnet ist und mit beiden Längsträgern (2, 3) verbunden ist,
- einen hinteren Querträger (5), der zwischen den Längsträgern (2, 3) angeordnet ist und mit beiden Längsträgern (2, 3) verbunden ist,
- eine erste vertikale Strebe (6), die mit dem ersten Längsträger (2) und/oder dem vorderen Querträger (5) verbunden ist, und
- eine zweite vertikale Strebe (7), die mit dem zweiten Längsträger (3) und/oder dem vorderen Querträger (5) verbunden ist,
- eine Pfahlstrebe (10), die an einem Ende mit der ersten vertikalen Strebe (6) und am anderen Ende mit der zweiten vertikalen Strebe (7) verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, dass die Pfahlstrebe (10) ein stabförmiges Mittelteil (12) und zumindest ein Anbindungsteil (13) mit einem auf das Mittelteil (12) aufgesteckten Rohrabschnitt (20) umfasst, der mit der jeweiligen vertikalen Strebe (6, 7) durch Verschrauben fest verbunden ist, wobei das Anbindungsteil (13) mit dem Mittelteil (12) verprägt oder verschraubt oder verschweißt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorderwagenstruktur für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Crashtest werden Kraftfahrzeuge dem sogenannten Lastfall „Pfahlcrash“ unterzogen. Bei diesem Test fährt das Fahrzeug frontal auf den Pfahl zu. Charakteristisch für diesen Lastfall ist, dass der Pfahl sehr viel schmäler ist als das Kraftfahrzeug. Im Stand der Technik sind die Kraftfahrzeuge im vorderen Bereich sehr steif ausgebildet, um diesen Test zu bestehen. Zusätzlich dazu dient der Motor im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs zur Aufnahme und zum Abbau der Aufprallenergie.
Die DE 103 09 628 A1 zeigt eine Fahrzeug-Tragstruktur mit einer vertikalen trapezförmigen Anordnung, die es ermöglicht, das Fahrwerk direkt ohne Hilfsrahmen an der Tragstruktur zu befestigen und die Stossfaenger in beliebiger Höhe an der Tragstruktur zu befestigen.
Die US 3,915,486 A zeigt eine Vorderwagenstruktur mit einer Aufprallabsorptionseinheit und mindestens einem diese tragenden Querelement, und schlägt hierfür eine Vereinfachung des Montageprozesses vor.
Die EP 295 661 A2 befasst sich mit einem hinteren Rahmen, der ist elastisch mit einem zentralen Rahmen einer Fahrzeug-Tragstruktur verbunden ist und den Motor und ein Getriebe stützt. Dieser Rahmen umfasst ein Paar erster ringförmiger Strukturelemente, von denen jedes dazu ausgelegt ist, eine elastische Aufhängung zu tragen, und mehrere miteinander verbundene Schenkel sowie Querträger, womit sich eine Gitterstruktur ergibt.
Die in der FR 2 907 751 A3 gezeigte Fahrzeug-Struktur hat eine Lagerkonstruktion, die eine äußere Querstrebe umfasst und die Basis der Karosseriestruktur bildet. Diese Struktur ist durch zwei seitliche sog. Beine und zwei linke und rechte Pfosten mit einem Rahmen verbunden. Eine Ebene, die den Rahmen enthält, bildet eine obere Fläche der Karosseriestruktur, und eine Ebene, die senkrecht und orthogonal zu der Lagerstruktur ist, die den äußeren Querträger enthält, bildet eine Rückseite der Karosseriestruktur. Torsionsversteifungselemente sind zwischen zwei benachbarten Elementen der Struktur in der Nähe der Fahrzeug-Schwingungsdämpfer befestigt.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Vorderwagenstruktur für ein Kraftfahrzeug anzugeben, der bei kostengünstiger Herstellung und Montage einen sicheren Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht. Insbesondere soll in der Vorderwagenstruktur bei leichtbauendem Aufbau die Aufprallenergie bei einem Pfahlcrash absorbiert werden, selbst wenn im vorderen Bereich kein Motor vorgesehen ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Weitergestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorderwagenstruktur umfassend zwei Längsträger, einen vorderen Querträger und einen hinteren Querträger sowie zwei vertikale Streben. Die beiden Längsträger erstrecken sich in Längsrichtung des Fahrzeugs und sind beabstandet voneinander. An den Längsträgern sind Aufhängungspunkte für eine Vorderradaufhängung ausgebildet. Zwischen den beiden Längsträgern sind die beiden Querträger angeordnet. Die unteren Enden der vertikalen Streben sind im vorderen Bereich der Vorderwagenstruktur mit dem vorderen Querträger und/oder mit einem der Längsträger verbunden. Dadurch erstreckt sich der vordere Querträger zwischen den beiden vertikalen Streben. Zusätzlich zu dem vorderen Querträger befindet sich zwischen den beiden vertikalen Streben eine Pfahlstrebe.
Bevorzugt ist eine Stabilisatorstrebe vorgesehen, die an einem Ende mit der ersten vertikalen Strebe und am anderen Ende mit der zweiten vertikalen Strebe verbunden ist.
Ferner ist bevorzug vorgesehen, dass die beiden Längsträger und die beiden Querträger in einer horizontalen Ebene liegen. Die vertikalen Streben, die Pfahlstrebe und insbesondere auch die Stabilisatorstrebe liegen in einer vertikalen Ebene. Die horizontale bzw. vertikale Ebene ist bezüglich des Kraftfahrzeugs definiert. Insbesondere steht die vertikale Ebene senkrecht zur horizontalen Ebene. Der vordere Bereich der Vorderwagenstruktur ist gebildet durch die beiden vertikalen Streben, den vorderen Querträger, die Pfahlstrebe und die Stabilisatorstrebe. Der vordere Querträger, die Stabilisatorstrebe und die Pfahlstrebe sind insbesondere parallel zueinander angeordnet. Der vordere Querträger, die Stabilisatorstrebe und die Pfahlstrebe stehen bevorzugt senkrecht zu den vertikalen Streben. Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Stabilisatorstrebe zwischen der Pfahlstrebe und dem vorderen Querträger angeordnet ist.
Die Pfahlstrebe ist gebildet durch ein stabförmiges Mittelteil an dessen Enden jeweils ein Anbindungsteil sitzt. Die Anbindungsteile werden auf die Enden des Mittelteils aufgesteckt. Insbesondere sind an den Anbindungsteilen Rohrabschnitte ausgebildet. Mittels dieser Rohrabschnitte können die Anbindungsteile auf die Enden des Mittelteils aufgesteckt werden. Vorzugsweise ist das Anbindungsteil mit dem Mittelteil verprägt. Insbesondere ist eine doppelte Verprägung vorgesehen, bei der das Anbindungsteil in zwei zueinander senkrechten Richtungen deformiert wird. Alternativ ist auch eine Schraub- oder Schweißverbindung möglich. Bei der Schweißverbindung muss auf etwaige Änderungen im Gefüge geachtet werden.
Das Mittelteil wird vorzugsweise aus einem hochfesten Stahl gefertigt. Der hochfeste Stahl kann nicht ohne weiteres mit den vertikalen Streben verschweißt werden. Deshalb werden die Anbindungsteile auf das Mittelteil aufgesetzt. Die Anbindungsteile wiederum bestehen aus einem schweißbaren bzw. gut bearbeitbaren Material, sodass die Anbindungsteile fest mit der jeweiligen vertikalen Strebe verbindbar, vorzugsweise verschweißbar oder verschraubbar, sind.
Die Vorderwagenstruktur umfasst bevorzugt zwei Crashlängsträger. Die beiden Crashlängsträger sind mit einem Ende mit der jeweiligen vertikalen Strebe verbunden. Die anderen Enden der Crashlängsträger sind mit weiteren Bestandteilen der Fahrzeugkarosserie verbunden. Die Crashlängsträger erstrecken sich bevorzugt parallel zu den Längsträgern. An den Crashlängsträgern werden bevorzugt Federdome für die Vorderräder des Kraftfahrzeugs angeordnet.
An den vertikalen Streben ist eine rückwärtige Seite definiert. Diese rückwärtige Seite bezieht sich auf das Kraftfahrzeug. Die Pfahlstrebe, insbesondere die Anbindungsteile der Pfahlstrebe, werden bevorzugt an der rückwärtigen Seite der vertikalen Streben befestigt.
Die drei Elemente im vorderen Bereich der Vorderwagenstruktur, nämlich der vordere Querträger, die Stabilisatorstrebe und die Pfahlstrebe, nehmen zusammen bei einem Pfahlcrash die auf die Vorderwagenstruktur wirkende Kraft auf. Dadurch ist eine optimale Ableitung der Kraft in die beiden vertikalen Streben und in die rückwärtige Struktur über die Längsträger möglich.
Vorzugsweise umfassen die Aufhängungspunkte an den Längsträgern Aufnahmen für Lager der Vorderradaufhängung.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Vorderwagenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel, eingesetzt in eine Fahrzeugstruktur, und
2 ein Detail einer Pfahlstrebe der erfindungsgemäßen Vorderwagenstruktur gemäß dem Ausführungsbeispiel.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Vorderwagenstruktur 1 im Detail anhand von 1 und 2 beschrieben.
1 zeigt die Vorderwagenstruktur 1, eingebaut in weitere Bestandteile des Kraftfahrzeugs. Des Weiteren zeigt 1 einen Pfahl 19. Beim Lastfall „Pfahlcrash“ fährt das Kraftfahrzeug mit der gezeigten Vorderwagenstruktur 1 frontal auf diesen Pfahl 19.
Die Vorderwagenstruktur 1 umfasst einen ersten Längsträger 2 und einen zweiten Längsträger 3. Zwischen den beiden Längsträgern 2, 3 sind ein vorderer Querträger 4 und ein hinterer Querträger 5 angeordnet. Die beiden Längsträger 2, 3 und die beiden Querträger 4, 5 befinden sich in einer horizontalen Ebene.
Senkrecht zu dieser horizontalen Ebene erstrecken sich eine erste vertikale Strebe 6 und eine zweite vertikale Strebe 7. An den beiden vertikalen Streben 6, 7 ist jeweils ein unteres Ende 8 und ein oberes Ende 9 definiert. Die unteren Enden 8 der vertikalen Streben 6, 7 sind mit dem vorderen Querträger 4 fest verbunden.
Im Bereich der oberen Enden 9 der vertikalen Streben 6, 7 ist eine Pfahlstrebe 10 angeordnet. Die Pfahlstrebe 10 liegt parallel zum vorderen Querträger 4.
Zwischen der Pfahlstrebe 10 und dem vorderen Querträger 4 erstreckt sich zwischen den beiden vertikalen Streben 6, 7 eine Stabilisatorstrebe 11. Die Stabilisatorstrebe 11 ist mit beiden Enden fest mit den vertikalen Streben 6, 7 verbunden.
Die Pfahlstrebe 10 umfasst ein stabförmiges Mittelteil 12 aus hochfestem Stahl. Auf die beiden Enden des Mittelteils 12 sind Anbindungsteile 13 aufgesteckt und verprägt. 2 zeigt ein Ende des Mittelteils 12 mit einem Anbindungsteil 13. Gemäß 2 weist das Anbindungsteil 13 einen Rohrabschnitt 20 auf, in dem das Mittelteil 12 steckt. Mittels einer im Anbindungsteil 13 ausgebildeten Verprägung 21 ist das Mittelteil 12 befestigt. Im Anbindungsteil 13 ist eine Langloch 22 ausgebildet. Dass Langloch 22 dient zur Verschraubung des Anbindungsteils 13 mit der jeweiligen vertikalen Strebe 6,7.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im Mittelteil ein mit dem Langloch 22 fluchtendes weiteres Langloch ausgebildet ist. Über das Langloch 22 und das weitere Langloch kann das Mittelteil 12 zusammen mit dem Anbindungsteil 13 direkt mit der jeweiligen vertikalen Strebe 6, 7 verschraubt werden. Das Anbindungsteil 13 dient dabei zur Verstärkung im Verschraubungsbereich.
Alternativ zur gezeigten Variante können die Anbindungsteile 13 mit den vertikalen Streben 6, 7 verschweißt werden. Ferner ist es möglich das Mittelteil 12 mit den Anbindungsteilen 13 zu verschrauben.
Das Langloch 22 als auch eine mögliche Verschraubung zwischen dem Mittelteil 12 und den Anbindungsteilen 13 erlauben ein Einstellen des Abstandes zwischen den beiden vertikalen Streben 6, 7. Dadurch kann dieser Abstand, der sich bei der Herstellung der Vorderwagenstruktur 1, beispielsweise durch einen Schweißverzug, verändern kann, justiert werden.
Des Weiteren zeigt 1 zwei Crashlängsträger 14, 15. Die Crashlängsträger 14, 15 sind mit einem Ende mit den vertikalen Streben 6, 7 verbunden. Die Crashlängsträger 14, 15 erstrecken sich parallel zu den Längsträgern 2, 3. Im hinteren Bereich sind die Crashlängsträger 14, 15 mit weiteren Bestandteilen des Kraftfahrzeugs fest verbunden. Auf den Crashlängsträgern 14, 15 sind Federdome 16, 17 angeordnet.
Des Weiteren sind Aufhängungspunkte 18 am vorderen Querträger 4 und am hinteren Querträger 5 ausgebildet. Die Aufhängungspunkte 18 sowie die beiden Federdome 16, 17 dienen zur Aufnahme und Lagerung der Vorderräder des Kraftfahrzeugs.
Bei einem Crash auf den Pfahl 19 werden der vordere Querträger 4, die Pfahlstrebe 10 und die Stablisatorstrebe 11 gleichzeitig deformiert. Dadurch kann auf bestem Wege die Deformation in die vertikalen Streben 6, 7 und in die Längsträger 2, 3 abgeleitet werden.
Bezugszeichenliste

1: Vorderwagenstruktur
2, 3: Längsträger der Vorderwagenstruktur
4: Vorderer Querträger der Vorderwagenstruktur
5: Hinterer Querträger der Vorderwagenstruktur
6: Erste vertikale Strebe
7: Zweite vertikale Strebe
8: Unteres Ende
9: Oberes Ende
10: Pfahlstrebe
11: Stabilisatorstrebe
12: Mitteilteil
13: Anbindungsteil
14: rechter Crashlängsträger
15: linker Crashlängsträger
16: Erster Federdom
17: Zweiter Federdom
18: Aufhängungspunkte
19: Pfahl
20: Rohrabschnitt
21: Verprägung
22: Langloch

Claims

Vorderwagenstruktur (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend - einen ersten Längsträger (2) und einen zweiten Längsträger (3), an denen Aufhängungspunkte (18) für eine Vorderradaufhängung ausgebildet sind, - einen vorderen Querträger (4), der zwischen den Längsträgern (2, 3) angeordnet ist und mit beiden Längsträgern (2, 3) verbunden ist, - einen hinteren Querträger (5), der zwischen den Längsträgern (2, 3) angeordnet ist und mit beiden Längsträgern (2, 3) verbunden ist, - eine erste vertikale Strebe (6), die mit dem ersten Längsträger (2) und/oder dem vorderen Querträger (5) verbunden ist, und - eine zweite vertikale Strebe (7), die mit dem zweiten Längsträger (3) und/oder dem vorderen Querträger (5) verbunden ist, - eine Pfahlstrebe (10), die an einem Ende mit der ersten vertikalen Strebe (6) und am anderen Ende mit der zweiten vertikalen Strebe (7) verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, dass die Pfahlstrebe (10) ein stabförmiges Mittelteil (12) und zumindest ein Anbindungsteil (13) mit einem auf das Mittelteil (12) aufgesteckten Rohrabschnitt (20) umfasst, der mit der jeweiligen vertikalen Strebe (6, 7) durch Verschrauben fest verbunden ist, wobei das Anbindungsteil (13) mit dem Mittelteil (12) verprägt oder verschraubt oder verschweißt ist.
Vorderwagenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (12) aus hochfestem Stahl besteht.
Vorderwagenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Stabilisatorstrebe (11), die an einem Ende mit der ersten vertikalen Strebe (6) und am anderen Ende mit der zweiten vertikalen Strebe (7) verbunden ist.
Vorderwagenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (2, 3) und die Querträger (4, 5) in einer horizontalen Ebene liegen, und die vertikalen Streben (6, 7) und die Pfahlstrebe (10) in einer vertikalen Ebene liegen.
Vorderwagenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfahlstrebe (10) und die Stabilisatorstrebe (11) parallel zum vorderen Querträger (4) angeordnet sind.
Vorderwagenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten Crashlängsträger (14), der mit einem Ende mit der ersten vertikalen Strebe (6) verbunden ist, und einen zweiten Crashlängsträger (15), der mit einem Ende mit der zweiten vertikalen Strebe (7) verbunden ist, wobei an den Crashlängsträgern (14, 15) jeweils ein Federdom (16, 17) für die Vorderräder des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
Vorderwagenstruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Crashlängsträger (14, 15) zwischen der Pfahlstrebe (10) und dem vorderen Querträger (4) mit der jeweiligen vertikalen Strebe (6, 7) verbunden sind.
Vorderwagenstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfahlstrebe (10) an einer rückwärtigen Seite der vertikalen Streben (6, 7) befestigt ist.