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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlerbaugruppe eines Kraftfahrzeugs zur Anbringung in einem Frontendbereich eines Kraftfahrzeugs sowie auf ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Kühlerbaugruppe.
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Es ist bekannt bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Frontmotor, wobei der Frontmotor eine Brennkraftmaschine ist, in einem Frontendbereich des Kraftfahrzeugs eine Kühlerbaugruppe hinter einem sogenannten Kühlergitter und vor der Brennkraftmaschine anzuordnen. Derartige Kühlergruppen sind insbesondere hinsichtlich eines effizienten Wärmeübergangs und einer möglichst leichten Bauweise ausgelegt. Im Falle einer Frontalkollision des Kraftfahrzeugs wird die Kühlerbaugruppe ohne nennenswerten Kollisionsenergieverzehr zusammengedrückt. Die Kühlerbaugruppe ist damit kein Bestandteil einer sogenannten Crashstruktur des Kraftfahrzeugs, wobei die Crashstruktur alle Bauteile umfasst, die zum Schutz von Fahrzeuginsassen Kollisionsenergie derart absorbieren, dass ein Beschleunigungsschwellwert einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs nicht überschritten wird. Die Crashstruktur des Kraftfahrzeugs besitzt einen oder mehrerer Lastpfade über die die Kollisionsenergie durch Deformation der Crashstruktur über einen bestimmten Versagenskraftverlauf abgebaut wird. Ein Hauptlastpfad ist in der Regel durch sogenannte Crashboxen und vordere Längsträger (Motorträger) ausgebildet. Je mehr Deformationsweg durch die Crashstruktur zur Verfügung steht, umso einfacher kann mit der Crashstruktur eine vorgegebene Crashsicherheit erreicht werden. Dies ist jedoch umso schwieriger, je weniger Deformationsweg zur Verfügung steht, also beispielswiese bei Kraftfahrzeugen mit kurzem Vorderwagen und insbesondere kleinem Überhang, und je leichter eine Crashstruktur des Kraftfahrzeugs sein soll.
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Ferner sind bekannte Kühlerbaugruppen meist so in dem Frontendbereich von Kraftfahrzeugen angeordnet, dass sie bei Kollisionen mit niedriger Geschwindigkeit nicht beschädigt werden, d. h. eine Struktur des Frontendbereichs sie schützt. Beispielsweise zeigt die Offenlegungsschrift
DE 10 2005 058 180 A1 ein Frontendmodul für ein Kraftfahrzeug mit einer energieabsorbierenden Schutzfunktion für eine Kühlerbaugruppe. Die Kühlerbaugruppe ist derart angeordnet, dass sie im Fall einer Kollision nach hinten verschiebbar ist, so dass die Kühlerbaugruppe nicht beschädigt wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kühlerbaugruppe und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Kühlerbaugruppe zu schaffen, wobei die Kühlerbaugruppe es ermöglicht unter Berücksichtigung einer Kraftfahrzeuginsassensicherheit einen Frontendbereich des Kraftfahrzeugs kürzer auszubilden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kühlerbaugruppe gelöst, die die Kombination der Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Kühlerbaugruppe gelöst. Einige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlerbaugruppe eines Kraftfahrzeugs zur Anbringung in einem Frontendbereich des Kraftfahrzeugs. Die Kühlerbaugruppe weist einen Wärmetauscher zum Wärmetausch zwischen Luft und einem Betriebsfluid des Kraftfahrzeugs auf. Die Kühlerbaugruppe weist ferner zumindest ein Strukturelement auf, das derart ausgebildet ist, dass es durch sprödes und/oder plastisches Versagen bzw. Verformen Kollisionsenergie bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs zum Schutz von Kraftfahrzeuginsassen absorbieren kann.
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Das spröde und/oder plastische Versagen bzw. Verformen erfolgt über einen vorgegebenen Verformungsweg, über den das Strukturelement bzw. die Kühlerbaugruppe insgesamt verformt, also mit anderen Worten insbesondere zusammendrückt, werden kann. Ein Verlauf der Kraft, bei der das Strukturelement versagt bzw. verformt wird, über den Verformungsweg ergibt die durch die Kühlerbaugruppe absorbierbare Kollisionsenergie.
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Hierdurch kann die Kühlerbaugruppe, die ein von einem Karosserierohbau getrennte Baugruppe ist, Kollisionsenergie absorbieren, wodurch die Kühlerbaugruppe zur Sicherheit von Kraftfahrzeuginsassen im Falle der Kollision des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Kühlerbaugruppe bildet das Strukturelement einen Rahmen der Kühlerbaugruppe, an dem der Wärmetauscher befestigt ist. Weiterhin kann das Strukturelement bevorzugt Befestigungsmittel zur Befestigung der Kühlerbaugruppe an dem Kraftfahrzeug aufweisen. Bevorzugt dienen die Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung der Kühlerbaugruppe an dem Kraftfahrzeug, so dass diese im Falle eines Defekts leicht ausgetauscht werden kann. Bevorzugt sind die Befestigungsmittel derart ausgebildet, dass sie an einer Kraftfahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs befestigbar sind.
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Somit erfüllt das Strukturelement mehrere Aufgaben, nämlich die Absorption von Kollisionsenergie über einen vorbestimmten Verformungsweg sowie zusätzlich eine Befestigung der Kühlerbaugruppe an dem Kraftfahrzeug. Ferner kann durch die Befestigung der Kühlerbaugruppe an dem Kraftfahrzeug die Kühlerbaugruppe im Falle der Kollision Kraft in das Kraftfahrzeug, insbesondere in die Kraftfahrzeugkarosserie, aufnehmen und kann die Kühlerbaugruppe an dem Kraftfahrzeug bzw. der Kraftfahrzeugkarosserie abgestützt sein.
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Bevorzugt ist das Strukturelement aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet. Der Faserkunststoffverbundwerkstoff versagt meist spröde, wobei ein Versagen über dem vorbestimmten Verformungsweg bei einem verhältnismäßig konstanten Kraftverlauf, abhängig von der konkreten Konstruktion des Strukturelements, erfolgen kann. Hierdurch kann über einem kurzen Verformungsweg eine verhältnismäßig große Menge an Kollisionsenergie absorbiert werden.
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Alternativ kann das Strukturelement auch aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein. Ein metallischer Werkstoff versagt überwiegend durch plastisches Verformen. Der metallische Werkstoff kann beispielswiese Aluminium oder Stahl sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann das Strukturelement an den seitlichen Außenflächen des Wärmetauschers ausgebildet sein. Insbesondere kann das Strukturelement im Wesentlichen parallel zu einer Luftdurchströmungsrichtung des Wärmetauschers ausgebildet sein.
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Damit kann das Strukturelement den Wärmetauscher umgeben. Die Luftdurchströmungsrichtung ist normalerweise auch die Kollisionsrichtung bei einer Frontalkollision des Kraftfahrzeugs. Durch diese Anordnung in Kollisionsrichtung kann das Strukturelement besonders wirksam Kollisionsenergie absorbieren.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Strukturelement auch den Wärmetauscher ebenfalls bevorzugt in Luftdurchströmungsrichtung durchdringen.
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Die Luftdurchströmungsrichtung ist die Richtung in der Luft den Wärmetauscher zum Zwecke des Wärmetausches durchströmt.
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Es können mehrere Strukturelemente vorgesehen sein oder es kann lediglich ein Strukturelement vorgesehen sein. Es ist auch möglich, dass das Strukturelement einen zweidimensionalen oder dreidimensionalen zusammenhängenden Rahmen bildet, der aus mehreren Strukturelementabschnitten besteht.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist das Strukturelement der erfindungsgemäßen Kühlerbaugruppe derart ausgelegt, dass es bei einer Frontalkollision des Kraftfahrzeugs mit einer Relativgeschwindigkeit, die größer als ein vorbestimmter Geschwindigkeitsschwellwert ist, einen relevanten Anteil der Gesamtkollisionsenergie absorbieren kann. Bei der Frontalkollision kann es sich insbesondere um eine Frontalkollision mit vollständiger Überdeckung mit einem Kollisionsgegner handeln. Eine vollständige Überdeckung bedeutet insbesondere, dass sich Kraftfahrzeug und Kollisionsgegner frontal mittig treffen. Eine Relativgeschwindigkeit ist eine Geschwindigkeit, die sich aus einer Absolutgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und einer Absolutgeschwindigkeit des Kollisionsgegners ergibt. Der vorbestimmte Geschwindigkeitsschwellwert kann ein Schwellwert sein, bei dem zwischen Kollisionen mit hoher Geschwindigkeit und Kollisionen mit niedriger Geschwindigkeit unterschieden wird. Der vorbestimmte Geschwindigkeitsschwellwert kann dabei z. B. nach üblicher Auslegung 16 km/h betragen. Der Geschwindigkeitsschwellwert kann aber auch größer oder kleiner diesem Geschwindigkeitsschwellwert sein. Der Kollisionsgegner kann ein bewegliches Objekt, z. B. ein anderes Kraftfahrzeug, oder ein feststehendes, starres Objekt, wie eine Wand, sein.
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Eine absorbierbare Kollisionsenergie durch die Kühlerbaugrupe kann in einem Bereich von 5% bis 25% der zu absorbierenden Gesamtkollisionsenergie liegen. Bevorzugt beträgt die durch die Kühlerbaugruppe absorbierbare Kollisionsenergie 10 bis 20% der zu absorbierenden Gesamtkollisionsenergie.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Kühlerbaugruppe.
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Die Kühlerbaugruppe ist bevorzugt in einem Frontendbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet und ist Bestandteil eines Kollisionslastpfades einer Crashstruktur des Kraftfahrzeugs. Der Kollisionslastpfad ist bevorzugt ein Frontalkollisionslastpfad. Die Crashstruktur des Kraftfahrzeugs ist die gesamte Struktur des Kraftfahrzeugs, die zur Absorption von Kollisionsenergie bei der Frontalkollision beiträgt.
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Damit kann die Kühlerbaugruppe zusätzlich zu üblichen Kollisionslastpfaden, die beispielsweise über vordere Längsträger und Deformationselemente (Crashboxen) gebildet sind, oder auch über Radhausstützträger oder Vorderachsträger gebildet sind, zum Abbau von Kollisionsenergie über einen bestimmten Kollisions- bzw. Verformungsweg beitragen. Damit können andere Kollisionslastpfade schwächer ausgelegt sein, was Kosten und Gewicht sparen kann, oder der Frontendbereich kann durch die zusätzliche Möglichkeit zur Absorption von Kollisionsenergie über den Verformungsweg besonders kurz ausgeführt sein.
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Bevorzugt ist die Kühlerbaugruppe in einem Bereich hinter einem Stoßfängerquerträger und vor einer Fahrzeugvorderachse angeordnet. Die Kühlerbaugruppe ist zudem bevorzugt hinter einem Kühlergrill, durch den die Kühlluft von außerhalb des Kraftfahrzeugs zu dem Wärmetauscher der Kühlerbaugruppe geleitetet wird, angeordnet.
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Ferner ist die Kühlerbaugruppe vorteilhaft in einem Bereich vor einer Antriebseinheit angeordnet. Die Antriebseinheit kann eine Brennkraftmaschine und/oder ein Getriebe und/oder ein Elektromotor sein.
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Bevorzugt ist die Kühlerbaugruppe im Bezug auf eine Breite des Fahrzeugs mittig angeordnet.
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Dies ist insbesondere bei einer Frontalkollision mit vollständiger Überdeckung vorteilhaft. Außerdem ist dies eine übliche Position von Kühlerbaugruppen an Kraftfahrzeugen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Kraftfahrzeugs der vorliegenden Erfindung ist die Kühlerbaugruppe derart an dem Kraftfahrzeug angeordnet und ausgebildet, dass das Strukturelement sich im Falle einer Frontalkollision des Kraftfahrzeugs an der Antriebseinheit abstützt. Zusätzlich oder alternativ ist die Kühlerbaugruppe derart an dem Kraftfahrzeug angeordnet und ausgebildet, dass sich das Strukturelement an der Kraftfahrzeugkarosserie abstützt.
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Hierdurch ist das Strukturelement in einem jeweiligen Kollisionslastpfad des Kraftfahrzeugs eingebunden und die Antriebseinheit bzw. die Kraftfahrzeugkarosserie bilden ein Gegenlager, so dass in dem Strukturelement eine aus der Kollision resultierende Kraft zum Versagen des Strukturelements wirken kann.
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Das Strukturelement ist ferner bevorzugt derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass es bei einer Frontalkollision mit vollständiger Überdeckung bei einer Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs, die größer einem vorgestimmten Geschwindigkeitsschwellwert ist, Kollisionsenergie absorbierend versagt.
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Der vorbestimmte Geschwindigkeitsschwellwert kann ein Schwellwert sein, der eine Kollision mit niedriger Geschwindigkeit von einer Kollision mit hoher Geschwindigkeit unterscheidet, wobei bei der Kollision mit hoher Geschwindigkeit eine gesamte Crashstruktur des Kraftfahrzeugs zur Absorption von Kollisionsenergie vorgesehen ist. Bei der Kollision mit niedriger Geschwindigkeit ist nur ein kleiner Teil der Crashstruktur des Kraftfahrzeugs, beispielsweise Stoßfängerquerträger und Deformationselemente, zur Absorption von Kollisionsenergie vorgesehen, wobei die restliche Crashstruktur des Kraftfahrzeugs derart ausgebildet ist, dass sie nicht irreversibel beschädigt wird. Der vorbestimmte Geschwindigkeitsschwellwert kann beispielsweise 16 km/h betragen. Der vorstehende Geschwindigkeitsschwellwert kann aber auch einen anderen Wert, z. B. in einem Bereich zwischen 10 km/h und 25 km/h, haben Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist bei dem Kraftfahrzeug das Strukturelement derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass das Strukturelement bei einer Frontalkollision mit vollständiger Überdeckung bei einer Relativgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, die kleiner oder gleich dem vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellwert ist, die Kühlerbaugruppe nicht irreversibel beschädigt wird.
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Hiermit ist sichergestellt, dass die Kühlerbaugruppe bei Kollisionen mit niedriger Geschwindigkeit nicht beschädigt wird und demnach nicht ausgetauscht werden muss. Dies verringert einen Reparaturaufwand und Kosten bei Kollisionen mit niedriger Geschwindigkeit.
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Vorstehend aufgezeigte Weiterbildungen der Erfindung können soweit sinnvoll und möglich beliebig miteinander kombiniert werden.
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Es folgt eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu Beginn einer Kollision.
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2 zeigt in einer schematischen Seitenansicht das Kraftfahrzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu einem zweiten Zeitpunkt der Kollision.
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3 zeigt in einer schematischen Seitenansicht das Kraftfahrzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu einem dritten Zeitpunkt der Kollision.
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Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
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In 1 ist in einer schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Kraftfahrzeug weist eine Kühlerbaugruppe 1 auf, die in einem Frontendbereich 3 des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die Kühlerbaugruppe 1 weist ein nicht separat dargestelltes Strukturelement sowie einen Wärmetauscher zur Kühlung einer Kühlflüssigkeit auf. Die Kühlerbaugruppe 1 ist zwischen einem nicht gezeigten Stoßfängerquerträger und einer Antriebseinheit 5, die beispielsweise ein Verbrennungsmotor ist, angeordnet. Der Frontendbereich 3 des Kraftfahrzeugs ist ein vorderer Bereich eines Vorderwagens 7 des Kraftfahrzeugs. An den Vorderwagen 7 schließt sich eine Fahrgastzelle 9 an, hinter welcher wiederum ein Hinterwagen 11 angeordnet ist. Eine Crashstruktur des Kraftfahrzeugs im Falle einer Frontalkollision ist insbesondere durch den Vorderwagen 7 ausgebildet. Die Antriebseinheit 5 ist an vorderen Längsträgern 13, die auch Motorträger genannt werden, angeordnet. Der Stoßfängerquerträger ist über Deformationselemente 5, d. h. sogenannte Crashboxen, mit den vorderen Längsträgern 13 verbunden. Insbesondere ist der Vorderwagen symmetrisch aufgebaut, und hat einen linken vorderen Längsträger 13 und einen rechten vorderen Längsträger 13 sowie ein linkes Deformationselement 15 und ein rechtes Deformationselement 15. Die Kühlerbaugruppe 1 ist zwischen dem linken und dem rechten Deformationselement 15 bzw. vorderen Längsträger 13 angeordnet. Darüber hinaus weist die Crashstruktur des Vorderwagens 7 linke und rechte Radhausstützträger 17, sowie linke und rechte Federbeinaufnahmen 19 auf. Des Weiteren ist unterhalb der vorderen Längsträger 13 ein Vorderachsträger 21 angeordnet. Der Vorderwagen endet an einer quer verlaufenden Stirnwand 23, die den Vorderwagen von der Fahrgastzelle 9 trennt.
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Die Deformationselement 15 und die vorderen Längsträger 13 bilden einen Hauptlastpfad bei einer Frontalkollision. Die Radhaustützträger 17 und die Vorderachsträger 21 sind Bestandteile weiterer Kollisionslastpfade für den Fall der Frontallkollision des Kraftfahrzeugs. Zusätzlich ist gemäß der vorliegenden Erfindung auch die Kühlerbaugruppe 1 Bestandteil eines Kollsionslastpfades.
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In den 1 bis 3 ist in verschiedenen Stufen ein Verlauf der Frontalkollision mit vollständiger Überdeckung bei hoher Geschwindigkeit, also bei einer Geschwindigkeit von beispielsweise großer 16 km/h, gezeigt.
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In 1 ist als erster Zeitpunkt der absolute Beginn der Frontalkollision mit einem Kollisionsgegner 100 gezeigt, wobei noch keine Verformung der Crashtruktur des Kraftfahrzeugs, zu der die vorderen Längsträger 13, die Deformationselemente 15, die Radhausstützträger und die Vorderachsträger 21 sowie zusätzlich die Kühlerbaugruppe 1 zählen, stattgefundenen hat. Dementsprechend hat auch noch keine Verzögerung des Kraftfahrzeugs stattgefunden.
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Wie in 2 gezeigt ist, werden bei fortschreitender Kollision mit dem Kollisionsgegner 100 zunächst der Stoßfänger mit dem Stoßfängerquerträger sowie die Deformationselemente 15 energieabsorbierend über eine bestimmte Strecke deformiert, wobei das Kraftfahrzeug und insbesondere die Fahrgastzelle verzögert werden. Dies sind auch die Elemente der Karosseriestruktur, die bei einer Kollision mit niedriger Geschwindigkeit Kollisionsenergie absorbierend verformt werden. In 2 ist ein zweiter Zeitpunkt gezeigt, bei dem die Kühlerbaugruppe mit dem nicht getrennt dargestellten Strukturelement bereits mittelbar oder unmittelbar in Anlage mit dem Kollisionsgegner 100 ist und ferner bereits in Richtung der Antriebseinheit 5 verschoben wurde. Durch die mittelbare oder unmittelbare Anlage der Kühlerbaugruppe 1 stützt sich das Strukturelement zu dem zweiten Zeitpunkt beginnend an der Antriebseinheit 5 ab. Die Kühlerbaugruppe 1 mit dem Strukturelement steht am Beginn der Kollisionsenergie absorbierenden Verformung.
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Der weitere Verlauf der Frontalkollision ist zu einem dritten Zeitpunkt in 3 dargestellt. Insbesondere ist zu diesem Zeitpunkt die Kühlerbaugruppe 1 ebenfalls Kollisionsenergie absorbierend deformiert, d. h. zusammengedrückt worden, wobei nicht dargestellte Strukturelemente der Kühlerbaugruppe 1 während des Deformationsvorgangs spröde und/oder plastisch auf einen bestimmten Kraftniveau versagt haben, so dass über den Verformungsweg der Kühlerbaugruppe ein Anteil von 10 bis 20% der zu absorbierenden Gesamtkollisionsenergie absorbiert wurde.
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Ferner wurde zu dem dritten Zeitpunkt die Antriebseinheit 5 bis zur Stirnwand 23 verschoben. Ebenfalls wurden bei der Frontalkollision die vorderen Längsträger 13, die Vorderachsträger 21 und die Stützträger Radhaus 17 Kollisionsenergie absorbierend deformiert.
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Damit trägt die Kühlerbaugruppe mit dem Strukturelement gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zur Absorption von Kollisionsenergie bei der Frontalkollision mit vollständiger Überdeckung mit einem wesentlichen Anteil an einer Absorption von Kollisionsenergie bei. Damit kann durch das zusätzlich Kollisionsenergieabsorptionspotential der Kühlerbaugruppe über einen bestimmten Verformungsweg ein Vorderwagen, insbesondere ein Frontendbereich, des Kraftfahrzeugs kürzer ausgeführt werden, ohne eine Sicherheit von Kraftfahrzeuginsassen bei einer Frontalkollision mit vollständiger Überdeckung zu beeinträchtigen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005058180 A1 [0003]
