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Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Crashstruktur mit einem korrespondierenden Hilfsrahmen für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.
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Hilfsrahmen für Fahrzeuge sind in zahlreichen Variationen bekannt. Hilfsrahmen sind üblicherweise zwischen zwei Längsträgern angeordnet und nehmen Fahrzeugaggregate auf. Hilfsrahmen können einen Grundkörper und mindestens ein Energie absorbierendes erstes Crashelement umfassen.
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Zudem sind Crashstrukturen für Fahrzeuge bekannt, welche üblicherweise in einer Unfallsituation Aufprallenergie absorbieren. Diese Crashstrukturen umfassen zwei mit einem Stoßfänger gekoppelte Energie absorbierende Längsträger und den zwischen den Längsträgern angeordneten Hilfsrahmen. Die Längsträger und das mindestens eine mit dem Grundkörper des Hilfsrahmens verbundene erste Crashelement können Aufprallenergie über ihre Deformationseigenschaften abbauen.
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Aus der
DE 100 36 396 A1 ist ein Fahrschemelmodul für ein Fahrzeug bekannt. Ein Hilfsrahmen ist zwischen zwei Längsträgern angeordnet und umfasst einen Grundkörper und mindestens ein Energie absorbierendes erstes Crashelement. Die beiden Längsträger weisen jeweils eine Stirnseite auf, welche mit dem Grundkörper verbunden sind, wobei der Grundkörper und das mindestens eine erste Crashelement eine Verlängerung des jeweiligen Längsträgers ausbilden. Die Längsträger werden über den Hilfsrahmen mit einem Stoßfänger an der Fahrzeugfront oder am Fahrzeugheck gekoppelt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hilfsrahmen für ein Fahrzeug zu schaffen, welcher eine direkte Anbindung von Crashelementen ermöglicht.
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Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung eine Crashstruktur für ein Fahrzeug zu schaffen, welche eine direkte Anbindung von Crashelementen an einen Hilfsrahmen und eine großflächige Einleitung von Aufprallenergie in eine Fahrzeugkarosserie ermöglicht.
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Erfindungsgemäß werden die Aufgaben durch Bereitstellung eines Hilfsrahmens für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch Bereitstellung einer Crashstruktur für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen Hilfsrahmen für ein Fahrzeug zu schaffen, welcher eine direkte Anbindung von ersten Crashelementen ermöglicht, ist eine Befestigungsanordnung zwischen einem Grundkörper des Hilfsrahmens und dem mindestens einen ersten Crashelement als Flansch ausgeführt. In vorteilhafter Weise kann das mindestens eine erste Crashelement einfach an dem Grundkörper montiert werden. Des Weiteren kann das mindestens eine erste Crashelement im Bedarfsfall von dem zweiten Befestigungsbereich des Grundkörpers abgestützt werden, wodurch in vorteilhafter Weise die Stabilität erhöht werden kann. Zudem können in vorteilhafter Weise verschiedene Verbindungstechniken bei der Montage des mindestens einen ersten Crashelements angewendet werden. Beispielsweise können der zweite Befestigungsbereich des Grundkörpers und ein erster Befestigungsbereich des Crashelements in vorteilhafter Weise miteinander verschraubt, vernietet, verklebt und/oder verschweißt werden. Hierbei kann lediglich eine Verbindungstechnik oder eine Kombination von mindestens zwei Verbindungstechniken angewendet werden. In vorteilhafter Weise kann durch das mindestens eine erste Crashelement Aufprallenergie im Bereich des Hilfsrahmens absorbiert werden. In vorteilhafter Weise kann der erfindungsgemäße Hilfsrahmen zudem an einer Fahrzeugfront und/oder an einem Fahrzeugheck angeordnet werden, wobei das mindestens eine erste Crashelement in Richtung des nächstliegenden Stoßfängers ausgerichtet werden kann.
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Um eine Crashstruktur für ein Fahrzeug zu schaffen, welche eine direkte Anbindung von Crashelementen an einen Hilfsrahmen und eine großflächige Einleitung von Aufprallenergie in eine Fahrzeugkarosserie ermöglicht, ist eine Befestigungsanordnung zwischen einem Grundkörper des Hilfsrahmens und mindestens einem ersten Crashelement als Flansch ausgeführt. In vorteilhafter Weise kann das mindestens eine erste Crashelement einfach an dem Grundkörper montiert werden. Des Weiteren kann das mindestens eine erste Crashelement im Bedarfsfall von einem zweiten Befestigungsbereich des Grundkörpers abgestützt werden. Des Weiteren kann das mindestens eine erste Crashelement in vorteilhafter Weise Aufprallenergie im Bereich des Hilfsrahmens aufnehmen. In vorteilhafter Weise kann das mindestens eine erste Crashelement im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung angeordnet werden, wobei das erste Crashelement eine Ausdehnung in Fahrzeugquerrichtung aufweisen kann oder wobei mehrere erste Crashelemente in Fahrzeugquerrichtung an dem Grundkörper angeordnet werden können. Dadurch kann die Aufprallenergie in vorteilhafter Weise über die Fahrzeugbreite verteilt absorbiert werden. Zudem können zweite Crashelemente beispielsweise an seitlichen Enden des Stoßfängers angeordnet werden. In vorteilhafter Weise kann durch die Verteilung von ersten Crashelementen und zweiten Crashelementen über die Fahrzeugbreite mehr Aufprallenergie absorbiert werden und einzelne Crashelemente können entlastet werden.
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Unter einem Längsträger wird im Folgenden ein Bauteil einer Fahrzeugkarosserie und einer Crashstruktur verstanden, welches an einer Fahrzeugunterseite in Fahrzeuglängsrichtung verläuft. Der Längsträger kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt werden. Zudem kann der Längsträger mit weiteren Bauteilen der Fahrzeugkarosserie, wie beispielsweise mit Querträgern und/oder Fahrzeugsäulen und/oder Schwellerstrukturen verbunden werden. Der Längsträger kann über ein vorgegebenes Deformationsverhalten Aufprallenergie durch Verformung und/oder Deformation abbauen. Bei einer mehrteiligen Ausführung des Längsträgers können verschiedene Längsträgerelemente unterschiedliche Deformationsverhalten aufweisen.
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Unter einem Crashelement wird im Folgenden ein Bauteil und/oder ein Baugruppe verstanden, welches Aufprallenergie durch Verformung und/oder Deformation abbaut. Beispielsweise kann das Crashelement als Crashbox ausgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Crashelement ein vorgegebenes Faltverhalten und/oder Knickverhalten aufweisen. Zudem kann das Crashelement aus Materialien gefertigt werden, welche aufgrund der Materialeigenschaften eine duktile Verformung und/oder ein sprödes Brechen des Crashelements ermöglichen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hilfsrahmens kann das mindestens eine erste Crashelement als metallisches Bauelement und/oder als Bauelement aus einem Faserkunststoffverbund ausgeführt werden. In vorteilhafter Weise kann ein metallisches Bauelement und ein Bauelement aus einem Faserkunststoffverbund Energie abbauen. Zudem sind beide Materialien stabil. Ein Faserkunststoffverbund hat zudem den Vorteil, dass er vergleichsweise leicht ist, wodurch das Gewicht des Hilfsrahmens reduziert werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hilfsrahmens kann der Grundkörper als metallisches Bauelement und/oder als Bauelement aus einem Faserkunststoffverbund ausgeführt werden. In vorteilhafter Weise kann ein metallisches Bauelement und ein Bauelement aus einem Faserkunststoffverbund Energie abbauen. Zudem sind beide Materialien stabil. Ein Faserkunststoffverbund hat zudem den Vorteil, dass er vergleichsweise leicht ist, wodurch das Gewicht des Hilfsrahmens reduziert werden kann.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Crashstruktur kann das mindestens eine erste Crashelement im Wesentlichen parallel zu den beiden Längsträgern angeordnet werden. In vorteilhafter Weise kann Aufprallenergie über das mindestens eine erste Crashelement und über die beiden Längsträger abgebaut werden. Wobei das mindestens eine erste Crashelement in Fahrzeugquerrichtung versetzt zu den beiden Längsträgern angeordnet werden kann. Dadurch können in vorteilhafter Weise vorhandene Bauräume für erste Crashelemente genutzt werden, wodurch über die Fahrzeugbreite mehr Aufprallenergie absorbiert werden kann. Zudem kann das mindestens eine erste Crashelement in einem Bereich angeordnet werden, welcher einen zusätzlichen Schutz benötigt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Crashstruktur kann der Grundkörper des Hilfsrahmens mindestens einen ersten Verbindungsbereich aufweisen, welcher mit einem zweiten Verbindungsbereich einer Mantelfläche eines korrespondierenden Längsträgers verbunden ist. In vorteilhafter Weise kann ein Längsträgerstirnbereich mit einem zweiten Crashelement verbunden werden, wenn der Grundkörper des Hilfsrahmens mit der Mantelfläche des Längsträgers verbunden wird. Zudem kann der Grundkörper in vorteilhafter Weise einfach über die beiden Verbindungsbereiche und eine geeignete Verbindungsanordnung mit der Mantelfläche verbunden werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Crashstruktur können der von dem Flansch ausgebildete erste Befestigungsbereich des mindestens einen ersten Crashelements und der von dem Flansch ausgebildete zweite Befestigungsbereich des Grundkörpers kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden. Unter einem Flansch wird insbesondere eine Befestigungsanordnung verstanden, bei welcher die mindestens zwei Befestigungsbereiche aufeinander aufliegen. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Flansch zwei L-förmige Befestigungsbereiche aufweisen, so dass der Grundkörper und das mindestens eine erste Crashelement an jeweils zwei Befestigungsflächen befestigt werden. Die Befestigung kann mittels mechanischer Verbindungstechniken, wie beispielsweise durch Schrauben und/oder durch selbstfurchende Schrauben und/oder durch Kleben oder durch eine Kombination verschiedener Verbindungstechniken umgesetzt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Crashstruktur können die beiden Längsträger jeweils das zweite Crashelement aufweisen, welches stirnseitig mit dem Stoßfänger verbunden und/oder mit dem Stoßfänger gekoppelt ist. In vorteilhafter Weise kann das zweite Crashelement als Crashbox ausgeführt werden, welche von dem Stoßfänger übertragene Aufprallenergie absorbiert.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Crashstruktur kann eine erste Stirnseite des mindestens einen ersten Crashelements einen vorgegebenen ersten Abstand zum Stoßfänger aufweisen. Zudem können eine zweite Stirnseite des zweiten Crashelements und/oder ein Längsträgerstirnbereich direkt mit dem Stoßfänger verbunden werden. In vorteilhafter Weise können durch die Wahl des Abstands des ersten Crashelements zum Stoßfänger die Deformationseigenschaften der Crashelemente bzw. des Längsträgers in vorteilhafter Weise aufeinander abgestimmt werden.
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Da das erste Crashelement den ersten Abstand zum Stoßfänger aufweist, kann das erste Crashelement erst dann Aufprallenergie abbauen, wenn der von äußeren Energien angetriebene Stoßfänger gegen das zweite Crashelement und/oder gegen den Längsträger in Richtung des ersten Crashelements bewegt wird. Dadurch wird das erste Crashelement lediglich in Unfallsituationen deformiert, in welchen starke äußere Kräfte wirken. Bei Unfallsituationen in denen vergleichsweise schwache Kräfte wirken, wird das erste Crashelement nicht deformiert und muss auch nicht repariert oder ausgetauscht werden, wodurch Reparaturkosten gespart werden können.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische perspektive Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hilfsrahmens für ein Fahrzeug vor einer Aufprallsituation
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2 eine schematische Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie II des Hilfsrahmens aus 1 vor der Aufprallsituation, und
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3 eine schematische Ansicht von oben auf ein Ausführungsbeispiel einer Crashstruktur mit dem Hilfsrahmen aus 1 und 2 vor der Aufprallsituation.
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3 zeigt einen Teilbereich einer Crashstruktur 10 mit einem mit einem Stoßfänger 14 gekoppelten Energie absorbierenden Längsträger 12 und einem mit dem Längsträger 12 verbundenen Hilfsrahmen 16. Da die Crashstruktur 10 im Wesentlichen achsensymmetrisch ist, gilt die Beschreibung des dargestellten Teilbereichs auch für den nicht dargestellten achsensymmetrischen Bereich. Die Crashstruktur umfasst also zwei mit dem Stoßfänger 14 gekoppelte Längsträger 12 und den zwischen den Längsträgern 12 angeordneten Hilfsrahmen 16. Die Crashstruktur 10 absorbiert in einer Unfallsituation Aufprallenergie. Zudem kann die Crashstruktur 10 wirkende Kräfte und/oder Aufprallenergien von schwachen Fahrzeugstrukturen und/oder schwachen Karosseriestrukturen wegleiten, um Insassen einen möglichst großen Schutz zu ermöglichen.
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Wie aus 1 bis 3 weiter ersichtlich ist, umfasst der Hilfsrahmen 16 einen Grundkörper 16.2 und mindestens ein Energie absorbierendes erstes Crashelement 18.
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Erfindungsgemäß ist eine Befestigungsanordnung 17 zwischen dem Grundkörper 16.2 und dem mindestens einem ersten Crashelement 18 als Flansch 17.1 ausgeführt.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, bildet der Flansch 17.1 im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel zwei L-förmige Befestigungsbereiche 17.2, 17.3 aus, welche in einander gesteckt werden. Das erste Crashelement 18 wird durch den Flansch 17.1 einfach an dem Grundköper 16.2 befestigt und abgestützt. Ein von dem Flansch 17.1 ausgebildeter erster Befestigungsbereich 17.2 des mindestens einen ersten Crashelements 18 und ein von dem Flansch 17.1 ausgebildeter zweiter Befestigungsbereich 17.3 des Grundkörpers 16.2 sind kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden.
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Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, sind erste Befestigungsflächen 17.21, 17.31 der Befestigungsbereiche 17.2, 17.3 über geeignete Befestigungsmittel 17.4, 17.5 miteinander befestigt und zweite Befestigungsflächen 17.22, 17.32 der Befestigungsbereiche 17.2, 17.3 sind über geeignete Befestigungsmittel 17.5 miteinander befestigt. Die in 1 und 2 dargestellten Befestigungsmittel 17.4, 17.5 sind als Schrauben 17.4 und als Klebstoff 17.5 ausgeführt. In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann auch nur ein Befestigungsmittel 17.4, 17.5 die Befestigungsflächen 17.21, 17.22, 17.31, 17.32 miteinander befestigen. Zudem sind weitere nicht dargestellte geeignete Befestigungstechniken wie beispielsweise Nietverbindungen vorstellbar.
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Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, weist das erste Crashelement 18 einen wellenförmigen Querschnitt auf und verlängert den Grundkörper 16.2 in Fahrzeuglängsrichtung x. Die Geometrie und die Abmessungen des ersten Crashelements 18 können an den vorhandenen Bauraum und die gewünschten Deformationseigenschaften angepasst werden, so dass auch andere nicht dargestellte Crashelementformen denkbar sind. Das mindestens eine erste Crashelement 18 ist als metallisches Bauelement und/oder als Bauelement aus einem Faserkunststoffverbund ausgeführt. Das bedeutet, dass das Crashelement 18 aus Metall oder aus dem Faserkunststoffverbund oder aus einer Kombination aus Metall und Faserkunststoffverbund hergestellt ist. Der Grundkörper 16.2 ist ebenso als metallisches Bauelement und/oder als Bauelement aus einem Faserkunststoffverbund ausgeführt. Das bedeutet, dass der Grundkörper 16.2 aus Metall oder aus dem Faserkunststoffverbund oder aus einer Kombination aus Metall und Faserkunststoffverbund hergestellt ist. Es besteht auch die Möglichkeit, dass der Grundkörper 16.2, ein anderes Material oder eine andere Materialkombination als das mindestens eine erste Crashelement 18 aufweist.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, ist das mindestens eine erste Crashelement 18 im Wesentlichen parallel zu den beiden Längsträgern 12 angeordnet. Da die erste Crashelementstirnseite 18.1 in Fahrzeugquerrichtung y versetzt zu einem Längsträgerstirnbereich 12.3 angeordnet ist, wird Aufprallenergie großflächiger in eine Fahrzeugkarosserie eingeleitet.
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Wie aus 1 und 3 weiter ersichtlich ist, weist der Grundkörper 16.2 des Hilfsrahmens 16 mindestens einen ersten Verbindungsbereich 16.1 auf, welcher mit einem zweiten Verbindungsbereich 12.2 einer Mantelfläche 12.1 des korrespondierenden Längsträgeres 12 verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Verbindungsbereich 16.1 als Buchse ausgeführt, welche eine nicht dargestellte Schraube aufnimmt, so dass der Grundkörper 16.2 über eine Schraubverbindung mit dem Längsträger 12 verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 16.2 über zwei Schraubverbindungen mit einer dem anderen Längsträger zugewandten seitlichen Mantelfläche 12.1 verbunden. Alternativ können andere Verbindungsarten gewählt werden, zudem können der Grundköper 16.2 und der Längsträger 12 über eine Verbindung oder mehrere Verbindungen miteinander verbunden werden. Des Weiteren kann der Grundkörper 16.2 alternativ auch mit einer oberen oder einer unteren Mantelfläche verbunden werden.
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Da der Grundkörper 16.2, wie aus 3 ersichtlich ist, nicht mit dem Längsträgerstirnbereich 12.3 verbunden ist, können die beiden Längsträger 12 jeweils ein nicht dargestelltes zweites Crashelement aufweisen, welches stirnseitig mit dem Stoßfänger 14 verbunden und/oder mit dem Stoßfänger 14 gekoppelt ist. Das zweite Crashelement verlängert den Längsträger 12 in Fahrzeuglängsrichtung x. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Längsträgerstirnbereich 12.3 mit dem Stoßfänger 14 verbunden.
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Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, weist die erste Crashelementstirnseite 18.1 des mindestens einen ersten Crashelements 18 einen vorgegebenen ersten Abstand A1 zum Stoßfänger 14 auf. Der Längsträgerstirnbereich 12.3 ist direkt mit dem Stoßfänger 14 verbunden. Durch die Wahl des Abstands A1 werden die Deformationseigenschaften der ersten Crashelemente 18 und des Längsträgers 12 aufeinander abgestimmt. Durch den ersten Abstand A1 des ersten Crashelements 18 zum Stoßfänger 14 kann das erste Crashelement 18 erst dann Aufprallenergie abbauen, wenn der von äußeren Energien angetriebene Stoßfänger 14 gegen den Längsträger 12 in Richtung des ersten Crashelements 18 bewegt wird. Dadurch wird das erste Crashelement 18 lediglich in Unfallsituationen deformiert, in welchen starke äußere Kräfte wirken. Bei Unfallsituationen in denen vergleichsweise schwache Kräfte wirken, wird das mindestens eine erste Crashelement 18 nicht deformiert und muss auch nicht repariert oder ausgetauscht werden, wodurch Reparaturkosten gespart werden können.
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Umfasst der Längsträger das zweite Crashelement, dann ist eine zweite Crashelementstirnseite des zweiten Crashelements direkt mit dem Stoßfänger verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Stoßfänger in einer Unfallsituation zunächst gegen das zweite Crashelement bewegt, bevor eine Deformation des Längsträgers oder des ersten Crashelements erfolgt.
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Der erfindungsgemäße Hilfsrahmen 16 kann an einem Fahrzeugfrontbereich und/oder an einem Fahrzeugheck angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Crashstruktur
- 12
- Längsträger
- 12.1
- Mantelfläche
- 12.2
- zweiter Verbindungsbereich
- 12.3
- Längsträgerstirnbereich
- 14
- Stoßfänger
- 16
- Hilfsrahmen
- 16.1
- erster Verbindungsbereich
- 16.2
- Grundkörper
- 17
- Befestigungsanordnung
- 17.1
- Flansch
- 17.2
- erster Befestigungsbereich
- 17.3
- zweiter Befestigungsbereich
- 17.21, 17.22, 17.31, 17.32
- Befestigungsflächen
- 18
- erstes Crashelement
- 18.1
- erste Crashelementstirnseite
- A1
- erster Abstand
- A2
- zweiter Abstand
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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