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Die Erfindung betrifft eine Frontstruktur für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie ein Fahrgestell mit einer solchen Frontstruktur. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Fahrgestell.
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Als vorderer Längsträger wird ein typisches Bauteil herkömmlicher Kraftfahrzeuge bezeichnet, welchem als Teil einer Frontstruktur des Fahrzeugs im Hinblick auf den Insassenschutz im Crashfall eine zentrale Bedeutung zukommt. Eine wichtige Aufgabe der Frontstruktur besteht in der Aufnahme von kinetischer Energie im Falle eines Zusammenstoßes des Kraftfahrzeugs, etwa mit einem entgegenkommenden Fahrzeug oder einem anderweitigen Hindernis. Hierzu sollte die Frontstruktur eine möglichst große Deformationsenergie aufweisen, das heißt die Frontstruktur muss in der Lage sein, durch plastische Deformation einen möglichst hohen Anteil der beim Frontalcrash freigesetzten Bewegungsenergie aufnehmen zu können.
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Es sind Frontstrukturen bekannt, welche einen Integralträger umfassen, welcher ein in Kraftfahrzeugen mit selbsttragender Karosserie eingesetztes Bauteil ist, das die aufbauseitigen Anlenkpunkte der Radaufhängungen sowie optional auch Motor, Getriebe, Lenkgetriebe sowie bei Fahrzeugen mit angetriebenen Vorderrädern ein etwaiges Differential des Personenwagens tragen kann. Der Integralträger ist dabei starr mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden und kann die Grundform eines innen offenen Rechtecks oder Trapezes aufweisen, welches von unten an mehreren Punkten an die Karosserie geschraubt wird. An solchen Integralträgern können weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs, etwa der Torsionsstab eines Drehstabilisators, befestigt sein.
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Bei einem solchen Torsionsstab handelt es sich prinzipiell um ein Federelement, welches in einem zentralen Bereich am Integralträger befestigt ist und mit seinen beiden abgewinkelten Enden, die als Hebelelemente wirken, über Gummielemente an den Radaufhängungen des Kraftfahrzeugs befestigt werden, um dessen Straßenlage zu verbessern. Die Befestigung erfolgt dabei derart, dass der Torsionsstab sich auch im Kollisionsfall des Kraftfahrzeugs nicht vom Integralträger lösen kann oder bedingt durch die Deformation des Integralträgers in den Fahrzeuginnenraum eindringen kann und somit ein Sicherheitsrisiko für die Fahrzeuginsassen darstellt.
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Nachteilig an der hier beschriebenen, herkömmlichen Befestigung der Federstäbe eines Drehstabilisators am Integralträger ist aufgrund des relativ grollen räumlichen Abstands zwischen Integralträger und Radaufhängung die bei einer derartigen Befestigung des Torsionsstabs erforderliche Dimensionierung von Länge und Durchmesser des Torsionsstabs, da beide Faktoren sich ungünstig auf das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs aus wirken.
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Aus der
DE 101 21 353 A1 geht ein Wagenendbereich für einen Kraftfahrzeug mit Längsträgern hervor, zwischen welchen das Antriebsaggregat des Fahrzeugs angeordnet ist. An den Längsträgern ist jeweils ein Stützelement vorgesehen, welches den Längsträger mit dem Antriebsaggregat verbindet, derart, dass das Stützelement den sich im Crashfall des Kraftfahrzeugs verformenden Längsträger gegen ein seitliches Ausknicken vom Antriebsaggregat weg stützt.
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Die
WO 2013/064270 offenbart einen als Achsträger ausgebildeten Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, welcher zwei Längsträger sowie eine zwischen den beiden Längsträgern angeordnete Versteifungsstruktur in Form eines Querträgers umfasst. Die beiden Längsträger sind jeweils als Hohlprofil ausgebildet und weisen jeweils mindestens eine Sollknickstelle in Form einer in Längserstreckungsrichtung der Längsträger verlaufenden Krümmung auf.
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Die
DE 103 09 636 B4 behandelt einen Karosserieträger mit einer den Verformungsverlauf im Crashfall beeinflussenden Nebenform. Der Karosserieträger ist als langgestrecktes Profilteil ausgebildet, welches eine Nebenform mit versetzt zueinander angeordneten Querrillen aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Frontstruktur der hier angesprochenen Art zu schaffen, welche einerseits eine hinreichend grolle Steifigkeit besitzt, um einen Torsionsstab auch im Kollisionsfall stabil befestigen zu können, andererseits aber auch in der Lage ist, einen Großteil der im Falle einer Kollision zu absorbierenden kinetischen Energie durch plastische Deformation aufzunehmen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Frontstruktur zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgaben werden eine Frontstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vorgeschlagen. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, als zentrale Komponente der Frontstruktur keinen Integralträger heranzuziehen, sondern stattdessen mit zwei individuellen Längsträgern zu versehen, welche entlang einer Längserstreckungsrichtung jeweils wenigstens einen Aussteifungsabschnitt aufweisen, der in und entgegen der Längserstreckungsrichtung des Längsträgers jeweils in einen Deformationsabschnitt übergeht. Dabei ist jeder Längsträger derart ausgebildet, dass er bei einem Aufprall im Wesentlichen nur im Bereich der Deformationsabschnitte, nicht jedoch im Bereich des wenigstens einen ausgesteiften Abschnitts deformiert wird. Im Bereich eines Aussteifungsabschnitts lässt sich somit ein Torsionsstab eines Drehstabilisator des die Frontstruktur verwendenden Kraftfahrzeugs mechanisch stabil an den Längsträgern befestigen, welcher im Kollisionsfall aufgrund seiner geometrischen Formgebung ein Sicherheitsrisiko für die Fahrzeuginsassen darstellen kann. Da der Torsionsstab der hier vorgestellten Frontstruktur an Abschnitten des Längsträgers befestigt sind, die sich im Kollisionsfall nicht oder nur in geringem Maße deformieren, kann weitgehend ausgeschlossen werden, dass sich besagter Torsionsstab der kollisionsbedingten Deformation des Längsträgers lösen kann.
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Aufgrund der nur abschnittsweisen Deformation der Längsträger, welche vorzugsweise ausschließlich in den besagten Deformationsabschnitten stattfindet, wird erreicht, dass das vom Längsträger nach der Kollision beanspruchte Raumvolumen auf einen Bereich seitlich zu dessen Längserstreckungsrichtung beschränkt bleibt. Durch geeignete Festlegung der Position der Aussteifungsabschnitte und der Deformationsabschnitte im Längsträger, insbesondere hinsichtlich ihrer Relativpositionen relativ zu weiteren im Kraftfahrzeug verbauten Komponenten, kann eine Beschädigung sensibler oder sicherheitsrelevanter Komponenten des Kraftfahrzeugs vermieden werden. Dabei empfiehlt es sich, solche Komponenten vorzugsweise im Bereich um die Aussteifungsabschnitte der Längsträger anzuordnen.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen Frontstrukturen mit einem Integralträger als zentraler Komponente erlaubt die hier vorgeschlagene Frontstruktur nunmehr die Befestigung eines Torsionsstabs direkt an den beiden Längsträgern der Frontstruktur. Da der Integralträger in einem im Kraftfahrzeug verbauten Zustand üblicherweise in einer Ebene angeordnet ist, welche sich unterhalb einer durch die beiden erfindungsgemäßen Längsträger aufgespannten Ebene befindet, können sowohl Länge als auch Durchmesser des Torsionsstabs gegenüber herkömmlichen Frontstrukturen deutlich verkürzt beziehungsweise reduziert werden, was sich günstig auf das Gewicht der Drehstäbe und somit des gesamten Kraftfahrzeugs auswirkt.
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Besonders zweckmäßig sind die Deformationsabschnitte der Längsträger derart ausgebildet, dass sie beim Aufprall des Längsträgers in der Art von Gelenken, insbesondere in der Art von Fließgelenken, wirken. Der Begriff ”Fließgelenk” ist dabei derart zu interpretieren, dass der Deformationsabschnitt des Längsträgers bei Überschreiten der sogenannten Fließgrenze keine elastischen Eigenschaften mehr aufweist, sondern stattdessen plastisch deformiert wird und die kinematischen Eigenschaften eines Gelenks annehmen kann. Dies ermöglicht es, die Aussteifungsabschnitte im Kollisionsfall von der Längserstreckungsrichtung der Längsträger weg zu verschwenken, ohne dass die Aussteifungsabschnitte selbst dabei deformiert werden. Zwei benachbarte Versteifungsabschnitte und ein zwischen diesen angeordneter Deformationsabschnitt bilden also eine Gelenkanordnung aus, welche im Falle einer Kollision eine kontrollierte lokale Bewegung der Versteifungsabschnitte seitlich in Bezug auf die Längserstreckungsrichtung der Längsträger ermöglicht. Für den Fall, dass der Längsträger entlang seiner Längserstreckung mehrere abwechselnd hintereinandergeschaltete Deformations- beziehungsweise Aussteifungsabschnitte besitzt, bilden diese im Kollisionsfall eine aus kinematischer besonders günstig wirkende Gelenkkette aus. Durch das Wegschwenken der starren Bereiche faltet sich der Längsträger also ähnlich wie ein Meterstab zusammen, wodurch sichergestellt wird, dass sich keine zu große Restblocklänge im Längsträger einstellt.
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Bei einer sich im Hinblick auf sicherheitstechnische Aspekte als besonders elegant erweisenden Ausführungsform empfiehlt es sich, den Längsträger derart ausgebildet, dass er beim Aufprall entlang der Längserstreckungsrichtung balgartig gestaucht wird. Eine derartige Ausgestaltung lässt sich erreichen, in dem der Längsträger mehrere Aussteifungsabschnitte und auch mehrere Deformationsabschnitte aufweist, welche sich entlang der Längsrichtung des Längsträgers abwechseln.
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Fertigungstechnisch besonders einfach lassen sich besagte Aussteifungsabschnitte realisieren, indem im Bereich eines Aussteifungsabschnitts jeweils ein Versteifungselement zum Versteifen der Aussteifungsabschnitte am Längsträger vorgesehen wird. Solche Versteifungselemente können etwa in der Art von Profilträgern ausgebildet sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Längsträger mit wenigstens einem Zwischenabschnitt versehen werden, welcher derart beschaffen ist, dass er sich beim Aufprall des Längsträgers stärker deformiert als ein Aussteifungsabschnitt, aber weniger stark als ein Deformationsabschnitt. Die Bereitstellung eines solchen Zwischenabschnitts im Längsträger führt zu einer weiter verbesserten Längsträgerkinematik und bietet sich immer dann an, wenn ein bestimmter Abschnitt hinsichtlich seiner Steifigkeit die Eigenschaften eines Aussteifungsabschnitts besitzen soll, gleichzeitig aber auch in der Lage sein soll, einen gewissen Betrag an kinetischer Energie im Crashfall aufzunehmen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann der Längsträger wenigstens einen als Deformationsabschnitt ausgebildeten Endabschnitt aufweisen, an welchem ein Stoßfänger befestigt werden kann. Dies gestattet es auf elegante Weise, die Frontstruktur um einen Stoßfänger zu ergänzen, welcher einen Teil der beim Aufprall der Frontstruktur zu absorbierenden kinetischen Energie zur Entlastung der Längsträger aufzunehmen vermag.
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Bei der Verwendung der Frontstruktur in einem Kraftfahrzeug bietet es sich an, diese zusätzlich mit einem Integralträger zu versehen. Als Integralträger wird – wie bereits erläutert – ein typisches Bauteil herkömmlicher Personenwagen mit selbsttragender Karosserie bezeichnet, welches die aufbauseitigen Anlenkpunkte der Radaufhängungen sowie optional auch Motor, Getriebe, Lenkgetriebe sowie bei Fahrzeugen mit angetriebenen Vorderrädern ein etwaiges Differential des Personenwagens trägt. Der Integralträger ist dabei starr mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden und kann die Grundform eines innen offenen Rechtecks oder Trapezes aufweisen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug, mit zwei Vorderrädern und vorzugsweise zwei Hinterrädern sowie mit einer Frontstruktur mit einem oder mehreren der vorhergehend genannten Merkmale, wobei der Torsionsstab des Drehstabilisators an den beiden Längsträgern befestigt ist und die beiden Vorderräder des Kraftfahrzeugs miteinander verbindet.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Frontstruktur vor einem Zusammenprall mit einem Hindernis in einem nicht-deformierten Zustand und
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2 die Frontstruktur gemäß 1 nach einem Zusammenprall mit einem Hindernis in einem deformierten Zustand.
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1 zeigt eine Frontstruktur 1 für ein Kraftfahrzeug, welche zwei sich jeweils entlang einer Längserstreckungsrichtung L erstreckenden Längsträger 2 umfasst, von denen in 1 der Übersichtlichkeit halber jedoch nur einer dargestellt ist. Jeder der beiden Längsträger 2 umfasst vier Deformationsabschnitte 3a, 3b, 3c und 3d. Am Deformationsabschnitt 3a ist in Längserstreckungsrichtung L ein Stoßfänger 9 befestigt. Zwischen den Deformationsabschnitten 3a, 3b und 3c sind zwei Aussteifungsabschnitte 4a, 4b vorgesehen. Die Deformationsabschnitte 3a bis 3d unterscheiden sich von den Aussteifungsabschnitte 4a, 4b darin, dass sie bei einem Aufprall der Frontstruktur 1 auf ein Hindernis die zu absorbierende kinetische Energie durch plastische Verformung aufnehmen können. Insbesondere können die Deformationsabschnitte 3a bis 3d beim Aufprall des Längsträgers 2 in der Art von Gelenken wirken, mittels welcher die Aussteifungsabschnitte 4a, 4b von der Längserstreckungsrichtung L weg seitlich verschwenkt werden. Demgegenüber sind die Aussteifungsabschnitte 4a, 4b im Verhältnis zu besagten Deformationsabschnitten 3a bis 3d mechanisch steif konzipiert, so dass sie beim Zusammenstoß nicht oder – im direkten Vergleich mit den Deformationsabschnitten 3a bis 3d – nur in vernachlässigbar geringem Maße plastisch verformt werden können.
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Zum Versteifen der Aussteifungsabschnitte 4a, 4b sind am Längsträger 2 geeignete Versteifungselemente 8a, 8b, etwa in Form von Profilträgern oder ähnliches angebracht. Folglich wird im Kollisionsfall die Frontstruktur 1 nur im Bereich der Deformationsabschnitte 3a bis 3d, nicht jedoch im Bereich der beiden Aussteifungsabschnitte 4a, 4b plastisch deformiert. Dies führt im Kollisionsfall dazu, dass die Aussteifungsabschnitte 4a, 4b seitlich zur Längserstreckungsrichtung L verschwenkt werden, ohne dass sie dabei plastisch deformiert werden. Somit ergibt sich im Kollisionsfall letztlich eine vorteilhafte, balgartige Stauchung der Längsträger 2 entlang der Längserstreckungsrichtung L wie sie beispielhaft in 2 dargestellt ist.
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Die im Beispielszenario der 1 und 2 gezeigten Versteifungsabschnitte 4a, 4b und der zwischen diesen beiden Abschnitten 4a, 4b angeordnete Deformationsabschnitt 3b bilden also im Kollisionsfall eine Gelenkanordnung 7 aus, die eine kontrollierte lokale Bewegung der Versteifungsabschnitte 4a, 4b quer zur Längserstreckungsrichtung L des Längsträgers 2 ermöglicht. Für den im Beispiel illustrierten Fall, dass der Längsträger 2 entlang seiner Längserstreckung L aus mehreren, abwechselnd hintereinandergeschalteten Deformations- beziehungsweise Aussteifungsabschnitte 3a, 3b, 3c, 3d, 4a, 4b besteht, folgen diese einem im Kollisionsfall kinematisch besonders günstigen Wirkprinzip einer Gelenkkette.
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Zwischen den Deformationsabschnitten 3c und 3d ist nun im Beispiel der 1 exemplarisch ein Zwischenabschnitt 5 vorgesehen, der beim Aufprall des Längsträgers 2 stärker deformiert wird als die beiden Aussteifungsabschnitte 4a, 4b, jedoch weniger stark als die vier Deformationsabschnitte 3a bis 3d. Die Anordnung eines solchen Zwischenabschnitts 5 im Längsträger 2 bietet sich immer dann an, wenn ein bestimmter Abschnitt hinsichtlich seiner Steifigkeit die Eigenschaften eines Aussteifungsabschnitts 4a, 4b aufweisen soll, gleichzeitig aber auch in der Lage sein soll, im Kollisionsfall einen Mindestbetrag an kinetischer Energie aufzunehmen. Bei der im Beispielszenario gezeigten Befestigung eines Torsionsstab 6 eines Drehstabilisators am Längsträger 2 im Bereich dessen Aussteifungsabschnitts 4b lässt sich weitgehend sicherstellen dass sich der Torsionsstab 6 beim Aufprall der Frontstruktur 1 auf ein Hindernis nicht aufgrund einer Deformation des Aussteifungsbereichs 4b vom Längsträger 2 löst und gar in den Innenraum des die Frontstruktur 1 verwendenden Kraftfahrzeugs einzudringen vermag.
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Zusätzlich zu den Längsträgern 2 kann die Frontstruktur 1 mit einem Integralträger versehen werden, der etwa die Grundform eines nach innen offenen Rechtecks oder Trapezes aufweisen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10121353 A1 [0006]
- WO 2013/064270 [0007]
- DE 10309636 B4 [0008]
