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Die Erfindung betrifft einen Wasserkasten für ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 oder 9 näher definierten Art.
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Als ”Wasserkasten” wird im Kraftfahrzeugbau ein kastenförmiges Konstruktionsteil bezeichnet, dessen Innenraum gegen seine Umgebung abgedeckt ist. Zweck des Wasserkastens ist es, einen zwar belüfteten, jedoch vor Verschmutzungen des Motorraums geschützten Raum zur Verfügung zu haben, aus dem beispielsweise eine Innenraumbelüftung erfolgen kann. Der Wasserkasten ist ringsum durch Wände begrenzt. Diese Wände können wenigstens teilweise durch Wände oder Elemente der vorhandenen Karosserie gebildet sein.
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Ein gattungsgemäßer Wasserkasten ist aus der
DE 10 2004 041 269 A1 bekannt. Hierbei kann eine Wand unterhalb der in Schließstellung angeordneten Fronthaube des Kraftfahrzeuges zum Schutz von Fußgängern bei einem Unfall mit einer Nachgiebigkeit ausgebildet sein.
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Ein weiterer Wasserkasten ist aus der
DE 10 2004 049 034 A1 bekannt. Dabei ist der Wasserkasten nach vorne von einer Vorderwand begrenzt, die sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Der Wasserkasten ist unter dem hinteren Rand einer Fronthaube angeordnet. Bei einer kollisionsbedingten Krafteinwirkung durch einen Kopf- oder Körpereinschlag eines Fußgängers auf die Fronthaube, wobei die Krafteinwirkung von oben wirksam ist und einen vorgegebenen Sicherheitswert übersteigt, gibt die Vorderwand in ihrem mittleren bis gesamten Bereich ihrer Länge wenigstens in ihrem oberen Bereich nach unten nach.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wasserkasten für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welcher eine einfache und kostengünstige Konstruktion aufweist und dennoch einen möglichst guten Fußgängerschutz bietet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Der erfindungsgemäße Wasserkasten für ein Kraftfahrzeug ist unter dem hinteren Rand einer sich in der Schließstellung befindenden Frontklappe angeordnet und nach oben von einer Abdeckung begrenzt, deren Längsrichtung sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Zudem weist die Abdeckung eine Wölbung in Richtung der Frontklappe auf, die bei einer durch einen Kopfaufschlag hervorgerufenen von oben wirksamen Belastung, die einen vorgegebenen Sicherheitswert übersteigt, nach unten nachgibt.
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Zum einen kann der Wasserkasten in der Karosserie so positioniert werden, dass die Abdeckung nicht nur eine Dichtfunktion sondern auch die Bedingungen des Fußgängerschutzes erfüllt. Durch die Wölbung gibt die Abdeckung im Falle eines Kopfaufschlags auf die Frontklappe nach unten nach und erfüllt damit die Kriterien des Fußgängerschutzes. In einfacher und sehr vorteilhafter Weise wird hierzu die Funktionalität eines Energieabsorptionselements in die Abdeckung des Wasserkastens integriert, so dass im Falle eines Fußgängeraufpralls der Energieabbau durch die Wölbung als integriertes Energieabsorptionselement übernommen wird.
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Beim erfindungsgemäßen Wasserkasten wird somit eine aus einem Kopfaufschlag resultierende Verformungs- bzw. Deformationsbewegung der Frontklappe durch die Wölbung der Abdeckung des Wasserkastens nicht behindert, sondern die Wölbung nimmt an der Bewegung teil, und es werden vorgeschriebene verminderte Widerstandswerte erreicht, die die Sicherheit gewährleisten.
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Durch die einteilige Ausführung des Energieabsorptionselements mit der Abdeckung für den Wasserkasten kann ein zusätzliches Bauteil eingespart werden, was zu einer erheblichen Kostenverringerung für den gesamten Wasserkasten führt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Wölbung freitragend ausgebildet sein. Vorteil ist, dass sich unter der Wölbung ein freier Raum befindet, so dass, wenn die Wölbung nach unten nachgibt oder bricht, keine Gegenkraft bzw. kein Widerstand gegeben ist. Bei Bruch ist die Wölbung oder die Abdeckung somit kraftlos bzw. widerstandslos. Dadurch ergeben sich keine Behinderung der Bewegung und geringere Kräfte beim Kopfaufschlag. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die freitragende Ausgestaltung der Wölbung bzw. der Abdeckung des Wasserkastens die Sicherheit für den Fußgängerschutz erhöht wird, da sich kein zusätzlicher Widerstand beim Eintauchen der Frontklappe und in der weiteren Abfolge beim Eintauchen bzw. Nachgeben der Abdeckung bildet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Wölbung mindestens eine Sollbruchstelle aufweisen. Damit kann die Nachgiebigkeit der Abdeckung in einfacher Weise zusätzlich verbessert werden.
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Die wenigstens eine Sollbruchstelle kann durch einen Versatz gebildet werden, wobei zwischen den versetzten Ebenen die Wandstärke der Wölbung geschwächt ist. Somit kann die Nachgiebigkeit der Sollbruchstelle auf einfache Weise verbessert werden. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass bei einer den Sicherheitswert übersteigenden Belastung der Versatz durch Scherwirkung und Kerbwirkung aufbrechen kann.
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Die Abdeckung kann aus mindestens zwei Werkstoffen mit unterschiedlicher Härte hergestellt werden, wobei die Sollbruchstelle durch die weiche Materialkomponente gebildet werden kann. Dadurch kann die Abdeckung schneller aufbrechen und/oder nach unten nachgeben.
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Eine alternative Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 9 angegeben. Dadurch, dass die Abdeckung mindestens eine Schwachstelle aufweist, die bei einer durch einen Kopfaufschlag hervorgerufenen von oben wirksamen Belastung, die einen vorgegebenen Sicherheitswert übersteigt, nach unten in einen freien Raum nachgibt, lässt sich eine Nachgiebigkeit der Abdeckung erreichen, wobei die Schwachstelle in Längsrichtung der Abdeckung angeordnet sein kann und in deren Bereich die Abdeckung nach unten, vorzugsweise in einen freien Raum, nachgeben kann.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Schwachstelle als Gelenk, Sollbruchstelle, Soll-Knickstelle oder Biegestelle ausgestaltet werden. Bedeutungsvoll ist, dass die Nachgiebigkeit der Abdeckung bzw. die Schwachstelle durch wenigstens eine partielle Wanddickenreduzierung realisiert werden kann.
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Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen zeichnen sich gegenüber bekannten Konstruktionen durch eine erhöhte Stabilität aus, die darüber hinaus gewährleisten, dass. bei der Montage des Kraftfahrzeugs und bei Wartungsarbeiten im Aggregateraum die Abdeckung nicht bei bereits einer geringen Kraftbeaufschlagung, beispielsweise durch Aufstützen einer Person oder Ablegen eines Bauteils, unbeabsichtigt beschädigt wird.
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Eine weitere alternative Lösung der Aufgabe ist aus einer möglichen Kombination der Ansprüche 1 und 9 angegeben. Der Wasserkasten für ein Kraftfahrzeug ist unter dem hinteren Rand einer sich in der Schließstellung befindenden Frontklappe angeordnet und nach oben von einer Abdeckung begrenzt, deren Längsrichtung sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Zudem weist die Abdeckung eine Wölbung in Richtung der Frontklappe und mindestens eine Schwachstelle auf, die bei einer durch einen Kopfaufschlag hervorgerufenen von oben wirksamen Belastung, die einen vorgegebenen Sicherheitswert übersteigt, nach unten in einen freien Raum nachgibt. Dadurch kann die Nachgiebigkeit der Abdeckung nochmals verbessert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt:
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1 Eine Draufsicht auf eine Frontklappe eines Kraftfahrzeugs, die einen erfindungsgemäßen Wasserkasten teilweise überdeckt,
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2 einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wasserkasten mit einer ersten Ausführungsform der Abdeckung, der in die Karosserie eines Kraftfahrzeugs integriert ist,
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3 einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wasserkasten mit einer zweiten Ausführungsform der Abdeckung,
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4 einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wasserkasten mit einer dritten Ausführungsform der Abdeckung und
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5 einen vertikalen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wasserkasten mit einer vierten Ausführungsform der Abdeckung.
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1 zeigt einen Wasserkasten 1 für ein ausschnittsweise dargestelltes Kraftfahrzeug 100 mit einer Windschutzscheibe 101 und einer Frontklappe 2. Unterhalb eines der Windschutzscheibe 101 naheliegenden Randbereichs 22 der Frontklappe 2 ist der Wasserkasten 1 vorgesehen, der sich in bekannter Weise zumindest über einen Teil der Fahrzeugbreite erstreckt. Der Verlauf einer Längsrichtung bzw. Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges 100 ist mit dem Pfeil X angedeutet.
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2 zeigt die in Schließstellung angeordnete Frontklappe 2, die zur Abdeckung eines darunterliegenden Aggregateraums 102 dient. Der Wasserkasten 1 weist eine vorderseitige Wand 11 und eine dieser gegenüberliegend angeordnete rückseitige Wand 12 auf, welche durch Karosserieteile gebildet sein können. Die Wände 11, 12 umgeben einen Wasserkasteninnenraum 13. Für den oberseitigen Verschluss des Wasserkasteninnenraums 13 ist eine Abdeckung 3 vorgesehen.
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Um bei einem Aufprall eines Fußgängers auf das Kraftfahrzeug das Verletzungsrisiko für den Fußgänger zu minimieren, weist die Abdeckung 3 eine in Richtung der Frontklappe 2, d. h. nach oben sich erstreckende Wölbung 4 auf, die als Energieabsorptionselement fungiert. Mit anderen Worten, die Abdeckung 3 ist so ausgebildet, dass sie die Funktion des Energieabsorptionselements übernimmt. Im vorliegenden Fall ist die Abdeckung 3 mit der Wölbung 4 einteilig ausgebildet. Die Abdeckung 3 verläuft quer zur Längsrichtung X.
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Wie in 2 zumindest schematisch zu erkennen ist, erstreckt sich zwischen der Frontklappe 2 und der Abdeckung 3 in Querrichtung eine Dichtung 7, die an der Abdeckung 3 und/oder an der vorderseitigen Wand 11 gehalten wird. Die Dichtung 7 liegt bei geschlossener Frontklappe 2 dichtend an deren Innenfläche 21 an. Die Dichtung 7 kann als separates Teil ausgebildet und auf die Abdeckung 3 und/oder die Wand 11 aufgesteckt oder in sonstiger Weise daran befestigt sein. Alternativ ist es möglich, die Dichtung 7 an die Abdeckung 3 anzuspritzen oder die Abdeckung 3 einteilig mit einer daran ausgebildeten Dichtung 7 auszuführen.
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Die Wölbung 4 weist mindestens eine Sollbruchstelle 5 auf. Die Sollbruchstelle 5 ist in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Stufe bzw. einen Versatz 51 gebildet, wobei zwischen den versetzten Ebenen die Wandstärke der Abdeckung 3 geschwächt ist. Die durch den Versatz 51 in der Abdeckung 3 bewirkte Sollbruchstelle 5 kann eine Wandstärke in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,0 mm, vorzugsweise von 0,3 mm bis 0,5 mm, aufweisen. Bei einer den Sicherheitswert übersteigenden Belastung, angedeutet mit dem Pfeil F, bricht der Versatz 51 durch Scherwirkung und Kerbwirkung auf und die Wölbung 4 bzw. die beiden Bruchstücke der Abdeckung 3 bewegen sich nach unten in den freien Innenraum 13. Der Sicherheitswert soll so bemessen sein, dass der Kopfbelastungswert bzw. HIC-Wert HIC < 1000 ist.
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Wie dies bei derartigen Wölbungen 4 üblich ist, verläuft dieselbe über die gesamte Breite der Abdeckung 3 in einem mittleren Bereich A derselben.
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Beim Ausführungsbeispiel nach 2 ist die Abdeckung 3 in ihrem mittleren Bereich A nach vorne und hinten geneigt. Hierdurch kann sie bei einem Kopfaufprall nach vorne und hinten ausweichen, wobei sie verformt oder durch Abreißen der Sollbruchstelle 5 bzw. des Versatzes 51 getrennt wird. Sofern sie vorhanden sind, können Verbindungsbereiche C an dieser Verformung teilnehmen.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Abdeckung 3, welche aus mindestens zwei unterschiedliche Härten aufweisenden Werkstoffen, wie zum Beispiel einem zwei Komponenten aufweisenden thermoplastischen Elastomer, der vorzugsweise eine Weich- und eine Hartkomponente enthalten kann, hergestellt wird. Die Wölbung 4 oder eine Sollbruchstelle 52 ist durch die weiche Materialkomponente gebildet. Die aus der weichen Materialkomponente hergestellte Sollbruchstelle 52 verläuft quer durch die Wölbung 4 bzw. Abdeckung 3. Bei einer Kraftbeaufschlagung in Folge einer lokalen Einbeulung der Frontklappe 2, beispielsweise bei einem Kopfaufprall, wird die Druck-/Stauchkraft, angedeutet mit dem Pfeil F, im Bereich der Wölbung 4 bzw. im Bereich der Sollbruchstelle 52 in diese eingeleitet. Dabei kann die Sollbruchstelle 52 an einer Verbindungsstelle 6 zur Abdeckung 3 reißen, da die weiche Materialkomponente für die Sollbruchstelle 52 nur gewisse Haltekräfte an der vorzugsweise die Hartkomponente enthaltenden Abdeckung 3 aufweist. Die Hartkomponente schließt sich also in Längsrichtung X beiderseits der lediglich die Sollbruchstelle 52 bildenden weichen Materialkomponente an.
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In 4 ist zu erkennen, dass in diesem mittleren Bereich bzw. im Bereich der Wölbung 4 eine im vorliegenden Fall als Nut, Kerbe, Einschnitt, Vertiefung oder Schlitz ausgebildete Schwachstelle 53, die als Sollbruchstelle ausgeführt sein kann, vorgesehen ist, welche so gestaltet ist, dass die Schwachstelle 53 von außen nicht zu erkennen ist. Die Schwachstelle 53 kann durch sägen, schneiden, fräsen, prägen oder spritzgießen hergestellt sein.
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Wenn gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 3 und 4 in der Abdeckung 3 eine oder mehrere, insbesondere zwei, vorbeschriebene Schwachstellen 53 oder Sollbruchstellen 52 angeordnet sind, wird die Abdeckung 3 bei einem entsprechend starken Kopfaufschlag nach unten gebogen, wobei sie nach unten nachgibt. Bei dieser Ausgestaltung ist die Abdeckung 3 im mittleren Bereich A vorzugsweise nicht weiter befestigt und weist unterhalb einen freien Raum bzw. Innenraum 13 auf. Die wenigstens eine Schwachstelle 53 ist in ihrer Wirkungsweise unabhängig von einer nach vorne oder hinten geneigten Abdeckung 3. Wenn alle Varianten der erfindungsgemäßen Ausgestaltungen vorhanden sind, ergänzen sie sich, wobei im Bereich der wenigstens einen Schwachstelle 53 eine Torsionsverformung oder Biegeverformung stattfinden kann.
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In 4 ist zu erkennen, dass die Abdeckung 3 bzw. Wölbung 4 keine konstante Dicke, sondern in ihrer Mitte einen Bereich mit reduzierter Dicke aufweist. Durch diese Wanddickenreduzierung ist eine als Soll-Knickstelle ausgeführte Schwachstelle 53 gebildet, die Ausgangspunkt einer Knickung der Abdeckung 3 bzw. Wölbung 4 bei Druckkraftbeaufschlagung in Folge einer lokalen Einbeulung der Fronthaube 3, beispielsweise bei einem Kopfaufprall, ist. Die Druck-/Stauchkraft F, die im Bereich der Wölbung 4 bzw. der Schwachstelle 53 in diese eingeleitet wird, ist mit einem Pfeil angedeutet.
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Die Form und Größe sowie Positionierung der Schwachstelle 53, welche als Sollbruchstelle, der Soll-Knickstelle oder Schwächung in Form eines wanddicken-reduzierten Bereichs der Abdeckung 3 ausgeführt sein kann, kann an die gewünschte Nachgiebigkeit der Abdeckung 3 angepasst werden.
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Die Nachgiebigkeit kann auch dadurch realisiert sein, dass die Abdeckung 3 auf wenigstens einem Teil ihrer Länge, insbesondere in ihrem mittleren Bereich A, verformbar ist, vorzugsweise nach unten biegbar oder tordierbar ist (siehe 5). Solchen Verformungsvorgängen können die sich an den mittleren Bereich A anschließenden äußeren Bereiche B jeweils durch einen Biege- oder Torsionsvorgang folgen. Dabei können die äußeren Bereiche B jeweils um eine parallel zur Fahrzeuglängsrichtung X verlaufende, nicht näher dargestellte, Schwenkachse schwenken. Es ergibt sich insbesondere dann eine besondere Flexibilität und Verformungsbereitschaft, wenn der mittlere Bereich A und die äußeren Bereiche B in der Fahrzeuglängsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind und somit die Abdeckung 3 eine A-, N-, M-, S-, W- oder Z-Form aufweist, wobei die Übergangsbereiche, ggf. mit Verbindungsbereichen C, L- oder J-förmig ausgebildet bzw. gebogen sein können.
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Das Nachgeben der Abdeckung 3 nach unten kann auf verschiedene Weise erfolgen. Die Abdeckung 3 kann gemäß 5 unter der aus dem Kopfaufschlag resultierenden Belastung nach unten nachgeben, was nicht dargestellt ist. Eine andere Möglichkeit für das Nachgeben kann darin bestehen, dass die Befestigungsmittel unter der Belastung des Kopfaufschlages versagen, zum Beispiel wie in 2 bis 4 dargestellt Überdehnen, Reißen oder Abscheren und somit eine Sollbruchstelle 5, 51, 52, 53 bilden. Dabei kann beispielsweise die Abdeckung 3 aus der Dichtung 7 rutschen.
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Durch das Nachgeben der Abdeckung 3 bzw. Wölbung 4 in einer Halterung oder durch den Verformungsvorgang oder durch das Versagen der Befestigungsmittel oder durch das Versagen der Sollbruchstellen oder Soll-Knickstellen wird die Belastungsenergie verbraucht, und hierdurch wird der Kopfaufschlag gedämpft und auf ein zulässiges Maß reduziert.
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Die vorgenannten Verformungs- oder Biegevorgänge lassen sich dann erleichtern und bezüglich der Biegestelle lokalisieren, wenn die Abdeckung 3 die wenigstens eine Schwachstelle 53, 54 aufweist, in deren Bereich die Biegung stattfindet (siehe 4 und 5). Es ist vorteilhaft, zwischen dem mittleren Bereich A und den äußeren Bereichen B oder an den Verbindungsbereichen C eine als Gelenk ausgestaltete Schwachstelle 54 anzuordnen, an der ein Biege- und/oder Torsionsvorgang stattfinden kann.
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Ein vorteilhafter Verformungsvorgang der Abdeckung 3 wird auch dann erreicht, wenn sie in einem oder mehreren Bereichen in Längsrichtung X nach vorne und/oder nach hinten in einem Winkel W1 bis W4 von etwa 15° bis etwa 125° geneigt ist (siehe 4). Bei dieser Ausgestaltung kann die Abdeckung 3 bei einem Kopfaufprall nach vorne oder hinten ausweichen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach der 5 ist die etwa waagerecht angeordnete Abdeckung 3 nur in den äußeren Bereichen B jeweils durch eine Klemmverbindung 71 oder dergleichen befestigt. Die äußeren Bereiche B der Abdeckung 3 sind über Radien R mit dem mittleren Bereich A der Abdeckung 3 verbunden. Die Radien R bilden jeweils eine Schwachstelle 54, das ein Einbiegen und Senken des mittleren Bereichs A ermöglicht. Der mittlere Bereich A der Abdeckung 3 kann als Wölbung 4 ausgeführt sein. Dabei schwenken die äußeren Bereiche B mit den gegebenenfalls vorhandenen Verbindungsbereichen C nach innen. Die Schwachstelle 54 ist vorzugsweise nahe den Enden der äußeren Bereiche B in Richtung des mittleren Bereiches A angeordnet, wie es in 5 dargestellt ist. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt das Nachgeben der Abdeckung 3 nach unten nicht über eine Materialschwächung sondern über eine entsprechende Kinematik, vorzugsweise als Gelenke ausgeführt. Die Abdeckung 3 kann entsprechend flexibel ausgebildet sein.
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Diese Ausgestaltung eignet sich auch in Kombination mit wenigstens einer als Gelenk ausgestalteten Schwachstelle 54 und/oder mit einer nach vorne und/oder nach hinten geneigten Abdeckung 3 in Form der Wölbung 4. Diese Nachgiebigkeit durch Biegung bzw. Verbiegung kann allein schon ausreichend sein, um die auf die Person wirkenden Belastungen auf ein gewünschtes Maß zu reduzieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004041269 A1 [0003]
- DE 102004049034 A1 [0004]
