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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Karosserievorderwagen mit einer sich zwischen einem Motorraum und einer Fahrgastzelle erstreckenden Stirnwand und die Stirnwand unterquerenden Längsträgern.
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Die Längsträger bestimmen wesentlich die Steifigkeit der gesamten Fahrzeugkarosserie, und im Falle einer Kollision müssen sie im Vorderwagen einen Großteil der Kollisionsenergie verteilen und dissipieren, um Verformungen der Fahrgastzelle zu minimieren. Zur Verteilung der Kollisionsenergie trägt herkömmlicherweise auch eine Abstützung der Längsträger an der Stirnwand bei. So ist etwa aus
DE 10 2011 114 384 A1 ein Vorderwagen bekannt, bei dem die Stirnwand durch einen sich an ihrer dem Motorraum zugewandten Seite erstreckenden Querträger versteift ist und die Längsträger eine sich im Wesentlichen horizontal durch den Motorraum bis zur Stirnwand erstreckende Oberseite und eine sich zwischen den Vorderrädern und der Stirnwand abwärts erstreckende Unterseite aufweisen, so dass der Querschnitt der Längsträger zur Stirnwand hin stark zunimmt. Eine solche Querschnittszunahme ist für die Stauchfestigkeit der Längsträger ungünstig, insbesondere, wenn die Querschnittsvergrößerung durch eine Dehnung und eine dementsprechende Wandstärkenverminderung von zur Fertigung der Längsträger verwendetem Ausgangsmaterial erreicht wird.
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Aufgabe einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist, einen Karosserievorderwagen anzugeben, der eine wirksame Verteilung von bei einer Kollision über einen Längsträger einwirkenden Kräften an einer Stirnwand ermöglicht, ohne dafür eine aufwändige Querschnittsaufweitung des Längsträgers zu erfordern.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Karosserievorderwagen mit einer sich zwischen einem Motorraum und einer Fahrgastzelle erstreckenden Stirnwand und die Stirnwand unterquerenden Längsträgern die Längsträger jeweils eine in einem hinteren Teil des Motorraums nach vorn ansteigende Oberseite aufweisen und ein von der Oberseite abzweigendes Versteifungselement sich zur Stirnwand hin verbreitert. Das Versteifungselement übernimmt hier die Aufgabe, über die Längsträger einwirkende Kräfte auf die Stirnwand zu übertragen, während der Längsträger ungeschwächt mit seinem gesamten Querschnitt der Stirnwand zustreben kann, um diese zu unterqueren.
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Vorzugsweise weist das Versteifungselement einen im Wesentlichen dreieckigen oberen Schenkel auf, von dem eine Kante an der Stirnwand und eine andere Kante an einer Federbeinaufnahme befestigt ist. Die Befestigung an der Federbeinaufnahme trägt beträchtlich zur Beständigkeit des oberen Schenkels gegen stauchende Kräfte bei.
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Wenn die Oberseiten der Längsträger in einem vorderen Bereich des Motorraums einen im Wesentlichen horizontalen Abschnitt aufweisen, zweigt der obere Schenkel vorzugsweise von einem hinteren Rand dieses Abschnitts ab, um die in diesem horizontalen Abschnitt übertragenen Kollisionskräfte aufzunehmen und auf die Stirnwand zu verteilen.
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Zu diesem Zweck kann der obere Schenkel zur Stirnwand hin ebenfalls horizontal verlaufen; ausgleichend zu einem zur Stirnwand hin abschüssigen Verlauf des Längsträgers im hinteren Teil des Motorraums kann der obere Schenkel aber auch zur Stirnwand hin leicht ansteigen.
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Das Versteifungselement kann ferner eine Seitenwand aufweisen, die einen Mitteltunnel, insbesondere eine Seitenwand des Mitteltunnels, mit einem der Längsträger verbindet, um die vom Längsträger übertragenen Kollisionskräfte in den Mitteltunnel einzuleiten.
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Eine Knickkante, entlang derer der obere Schenkel und die Seitenwand des Versteifungselements – vorzugsweise einteilig – zusammenhängen, trägt zur Stauchbelastbarkeit des Versteifungselements bei.
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Ein unterer Schenkel des Versteifungselements kann an einer Innenseite des Längsträgers und an der Stirnwand befestigt sein.
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Die Stirnwand hat üblicherweise einen Lenkungsdurchgang, durch den sich eine Lenksäule bzw. ein Lenkgetriebe erstreckt und der die Stirnwand schwächt. Um diese Schwächung zu minimieren, kann das Versteifungselement den Lenkungsdurchgang überdeckend angeordnet sein.
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Ein weiterer Durchgang für die Lenkung ist dann vorzugsweise in einem unteren Schenkel des Versteifungselements gebildet.
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Der oben beschriebene Aufbau ermöglicht insbesondere die Verwendung von Längsträgern mit einem einteiligen rohrartigen Querschnitt. Ein solcher Längsträger kann mit einem Innenhochdruckverfahren wie etwa Hydroforming geformt sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht von Strukturteilen einer Fahrzeugkarosserie gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ein vergrößertes Detail aus 1;
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3 einen partiellen Längsschnitt des in 2 gezeigten Längsträgers und mit ihm verbundener Karosserieteile;
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4 einen Querschnitt des Längsträgers und eines mit ihm verbundenen Versteifungselements;
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5 einen Schnitt durch das Versteifungselement und die Stirnwand in Fahrzeuglängsrichtung entlang einer zur Schnittebene der 3 parallelen Schnittebene; und
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6 einen horizontalen Schnitt durch den Längsträger, das Versteifungselement und die Stirnwand.
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1 zeigt die Unterbaustruktur eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, hier eines Kleinwagens. Längsträger 1 erstrecken sich über im Wesentlichen die gesamte Länge der Karosserie. Ein vorderer Abschnitt der Längsträger 1 verläuft jeweils zwischen einem Motorraum 2 und diesem benachbarten Radkästen 3; ein mittlerer Abschnitt ist unter einer Bodenplatte 4 einer Fahrgastzelle 5 verborgen, und hintere Abschnitte erstrecken sich beiderseits einer Ladefläche 6.
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Die Längsträger 1 können aus mehreren Teilen zusammengefügt sein, zum Beispiel kann der sich durch den Motorraum 2 erstreckende vordere Teil zwei rinnenförmige Profile umfassen, die entlang ihrer Ränder miteinander verschweißt sind, um einen geschlossen rohrartigen Querschnitt zu bilden. Der mittlere Teil kann ein einziges solches Profil umfassen, das mit der Bodenplatte 4 verschweißt ist, um einen geschlossenen Querschnitt zu bilden. Alternativ kann der Längsträger 1 aus einem einzigen oder mehreren in Fahrzeuglängsrichtung zusammengefügten und durch ein Innenhochdruckverfahren, insbesondere Hydroforming, geformten Rohrabschnitten mit einteilig geschlossenem Querschnitt bestehen.
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In einem vorderen Bereich des Motorraums 2, in etwa vor einer nicht dargestellten, durch die Vorderachse verlaufenden vertikalen Ebene, verlaufen die Längsträger 1 im Wesentlichen horizontal. Zwischen dieser gedachten Ebene und einer den Motorraum 2 von der Fahrgastzelle 5 trennenden Stirnwand 7 sind die Längsträger 1 zur Stirnwand 7 hin abschüssig. In 1 ist dieser Sachverhalt nicht zu erkennen, da die Längsträger 1 in diesem hinteren Teil des Motorraums 2 unter Versteifungselementen 8 verborgen sind.
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2 zeigt eines dieser Versteifungselemente 8 und dessen Umgebung in einer vergrößerten Ansicht. Das einteilig aus Blech geformte Versteifungselement 8 umfasst einen im Wesentlichen dreieckigen oberen Schenkel 9, eine mit dem oberen Schenkel 9 entlang einer Knickkante 10 einteilig zusammenhängende Seitenwand 11 und einen wiederum mit der Seitenwand 1 einteilig zusammenhängenden, in 1 und 2 nicht sichtbaren unteren Schenkel 12 (siehe 4). Die Knickkante 10 bildet eine der drei Kanten des oberen Schenkels 9; entlang der beiden anderen sind schmale Flansche 13, 14 abgewinkelt, die an der Stirnwand 7 bzw. an einer Federbeinaufnahme 15 verschweißt sind. Eine Spitze 20 des dreieckigen oberen Schenkels 9, zwischen dem Flansch 14 und der Knickkante 10, ist an einer Oberseite des im Querschnitt in etwa rechteckigen Längsträgers 1 verschweißt. Von dieser Spitze 20 aus erstreckt sich ein im Wesentlichen horizontaler Abschnitt 16 der Oberseite des Längsträgers 1 bis zu einem Flansch an der Spitze des Längsträgers 1, an dem ein Schlossquerträger 17 sowie, über eine Crashbox 18, ein vorderer Stoßfängerquerträger 19 befestigt sind.
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Die Seitenwand 11 verbindet eine dem Motorraum 2 zugewandte seitliche Flanke 21 des Längsträgers 1 mit dem Rand eines Ausschnitts 22 (s. 1) der Stirnwand 7, von der aus sich ein Mitteltunnel 23 nach hinten, durch die Fahrgastzelle 5, erstreckt. Ein an einem hinteren Rand der Seitenwand 11 abgewinkelter Flansch 24 greift von vorn in den Mitteltunnel 23 ein und ist an dessen Innenseite verschweißt.
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3 zeigt in einem Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung einen Teil des Längsträgers 1. An einem hinteren Rand des horizontalen Abschnitts 16 ist der obere Schenkel 9 verschweißt und erstreckt sich von hier leicht nach hinten ansteigend zur Stirnwand 7. In seinem von dem oberen Schenkel 9 überdeckten Abschnitt ist der Längsträger 1 abwärts gekrümmt und erstreckt sich schräg abfallend entlang eines unteren Bereichs der Stirnwand 7 bis in Höhe der Bodenplatte 4, um schließlich unter der Bodenplatte 4 die Fahrgastzelle 5 zu unterqueren.
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4 zeigt einen Querschnitt entlang der Ebene IV-IV aus 3. In einem unteren Bereich der Figur ist der einteilig geschlossene, hier in etwa trapezförmige Querschnitt des Längsträgers 1 zu erkennen. Die Federbeinaufnahme 15 ist entlang eines unteren Randes mit einer äußeren Flanke 25 des Längsträgers 1 und darüber mit dem Flansch 14 des oberen Schenkels 9 verschweißt.
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5 zeigt einen Schnitt durch die Stirnwand 7 und das Versteifungselement 8 entlang einer zur Schnittebene der 3 parallelen, zur Fahrzeugmitte hin verschobenen Schnittebene. Aus der Stirnwand 7 ist ein Lenkungsdurchgang 26 herausgeschnitten. Um eine damit einhergehende mechanische Schwächung der Stirnwand 7 zu minimieren, ist das Versteifungselement 8 oberhalb und unterhalb des Lenkungsdurchgangs 26, etwa am Flansch 13 und einem unteren Flansch 27, an der Stirnwand 7 verschweißt. Um den Durchtritt einer Lenkung von der Fahrgastzelle 5 in den Motorraum 2 zu ermöglichen, ist eine weitere Öffnung 28 im unteren Schenkel 12 des Versteifungselements 8 vorgesehen.
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6 zeigt noch einen horizontalen Schnitt durch das Versteifungselement 8 und dessen Umgebung. In einem unteren Bereich der Figur, entsprechend einem vorderen Teil des Motorraums 2, verläuft der Längsträger 1 durch die Schnittebene; in einem hinteren, zur Stirnwand 7 benachbarten Teil verläuft er darunter. Die Seitenwand 11 erstreckt sich im Wesentlichen geradlinig von der motorraumseitigen Flanke 21 des Längsträgers 1 bis zu ihrem in den Mitteltunnel 23 eingreifenden Flansch 24. Der Lenkungsdurchgang 26 in der Stirnwand 7 liegt in der Schnittebene, die Öffnung 28 des unteren Schenkels 12 unterhalb.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Längsträger
- 2
- Motorraum
- 3
- Radkasten
- 4
- Bodenplatte
- 5
- Fahrgastzelle
- 6
- Ladefläche
- 7
- Stirnwand
- 8
- Versteifungselement
- 9
- Schenkel
- 10
- Knickkante
- 11
- Seitenwand
- 12
- Schenkel
- 13
- Flansch
- 14
- Flansch
- 15
- Federbeinaufnahme
- 16
- horizontaler Abschnitt
- 17
- Schlossquerträger
- 18
- Crashbox
- 19
- Stoßfängerquerträger
- 20
- Spitze
- 21
- Flanke
- 22
- Ausschnitt
- 23
- Mitteltunnel
- 24
- Flansch
- 25
- Flanke
- 26
- Lenkungsdurchgang
- 27
- Flansch
- 28
- Öffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011114384 A1 [0002]
