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Die Erfindung betrifft eine Stützeinrichtung zur Abstützung eines Antriebsaggregats an einer Personenkraftwagenkarosserie.
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Im Zuge der Entwicklung moderner Personenkraftwagen ist es erforderlich, diese mit unterschiedlichen Antriebskonzepten, beispielsweise mit einer konventionellen Verbrennungskraftmaschine oder mit einem alternativen Antriebskonzept auszustatten. Ein solches alternatives Antriebskonzept umfasst beispielsweise einen Elektromotor und/oder eine Batterie und/oder eine Brennstoffzelle beziehungsweise einen sogenannten Brennstoffzellenstack, welcher eine Mehrzahl von Brennstoffzellen aufweist. Weitere Varianten des Antriebskonzepts können vorsehen, dass die Verbrennungskraftmaschine mit einem flüssigen Kraftstoff oder mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbar ist. Hierbei sind unterschiedliche Kraftstofftanks vorzusehen. Eine weitere Variation kann sich dadurch ergeben, dass die Verbrennungskraftmaschine des konventionellen Antriebsstrangs wahlweise als Dieselmotor oder als Ottomotor ausgebildet sein kann. Darüber hinaus sind Antriebskonzepte mit einem sogenannten Reichweitenverlängerer (Range Extender – REX) bekannt, wobei eine Verbrennungskraftmaschine im Zusammenwirken mit einem Generator dazu dient, elektrischen Strom bereitzustellen. Mit dem elektrischen Strom kann dann ein Elektromotor zum Antreiben des Kraftwagens versorgt werden. Nicht zuletzt können Variationen hinsichtlich der angetriebenen Räder vorgesehen sein, beispielsweise Varianten, die mit Frontantrieb, Heckantrieb oder Allradantrieb ausgestattet sind.
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Diese Vielzahl an unterschiedlichen und vorzugsweise bei einer Baureihe des Personenkraftwagens wahlweise verwendbaren Antriebskonzepten können aufgrund der Variantenbildung zu hohen Entwicklungs- und Herstellungskosten führen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stützeinrichtung zur Abstützung eines Antriebsaggregats an einer Personenkraftwagenkarosserie bereitzustellen, mittels welcher sich auf besonders einfache und kostengünstige Weise unterschiedliche Antriebskonzepte sowie ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten des Personenkraftwagens verwirklichen lassen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß solch eine Stützeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Stützeinrichtung zur Abstützung eines Antriebsaggregats an einer Personenkraftwagenkarosserie zu schaffen, mittels welcher sich auf besonders einfache und kostengünstige Weise unterschiedliche Antriebskonzepte sowie ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten des Personenkraftwagens verwirklichen lassen, umfasst diese erfindungsgemäß eine unterseitig eines Fahrzeugbodens befestigbare Tragstruktur zum Halten wenigstens einer dem Antriebsaggregat zugeordneten Komponente, insbesondere eines Tanks, sowie eine Abstützstruktur, welche sich von der Tragstruktur nach vorne oben erstreckt und welche eine untere Teilstruktur aufweist, über welche eine obere Teilstruktur an der Tragstruktur angebunden ist und welche bei einer unfallbedingten Rückverlagerung der oberen Teilstruktur parallelogrammartig plastisch verformbar ist.
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Der erfindungsgemäßen Stützeinrichutng liegt insbesondere die Idee zugrunde, die Abstützstruktur in die beiden Teilstrukturen zu unterteilen, welche bei einer in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Kraftbeaufschlagung, beispielsweise bei einem Frontalaufprall, deutlich unterschiedliche Verhalten insbesondere bezüglich Festigkeit, Steifigkeit, Energieaufnahme und Kinematik aufweisen. Die in Fahrzeughochrichtung zumindest teilweise zwischen der oberen Teilstruktur und der Tragstruktur angeordnete untere Teilstruktur ist beispielsweise kraftschlüssig und momentensteif an die obere Teilstruktur und/oder an die Tragstruktur angebunden und verformt sich bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung im Rahmen eines Bewegungsablaufs nach Art einer Parallelogrammführung plastisch. Durch diese unfallbedingte plastische Verformung der unteren Teilstruktur nach Art eines Parallelogramms wird beispielsweise die obere Teilstruktur definiert in Fahrzeuglängsrichtung von vorne nach hinten geführt. Die untere Teilstruktur ist dabei strukturell so ausgestaltet, dass sie besonders weite Rückverlagerungen der oberen Teilstruktur und somit des Antriebsaggregats ohne Strukturversagen, beispielsweise Trennbruch, zulässt – bei gleichzeitiger Minimierung oder Vermeidung einer hierbei zwangsläufig auftretenden und in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Bewegungskomponente der oberen Teilstruktur.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Fahrzeugboden einen Tunnel aufweist, in welchem die wenigstens eine Komponente zumindest bereichsweise aufgenommen ist. Die die obere Teilstruktur ist geometrisch derart ausgestaltet, dass sie bei einer in Fahrzeuglängsrichtung und von vorne nach hinten wirkenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und der dadurch bewirkten Rückverlagerung in einen nach oben durch den Tunnel beziehungsweise den Fahrzeugboden und nach unten durch die zumindest eine Komponente begrenzten Raum hinein bewegt, insbesondere hinein gepresst, wird, derart, dass einerseits durch Reibung zwischen der oberen Teilstruktur und dem Tunnel beziehungsweise dem Fahrzeugboden und durch plastische Aufweitung des beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellten Tunnels (Fahrzeugbodens) eine größtmögliche Energieumsetzung der kinetischen Unfallenergie erreicht wird und andererseits vertikal auf die wenigstens eine Komponente bewirkende Abstützkräfte besonders gering gehalten werden.
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Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Führung ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die untere Teilstruktur wenigstens zwei parallel zueinander verlaufende und sich ausgehend von der Tragstruktur in schräg zur Fahrzeuglängsrichtung nach vorne oben erstreckende Hebelelemente aufweist.
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Darüber hinaus kann die Tragstruktur modular und wahlweise mit unterschiedlichen Antriebskonzepten zugeordneten Komponenten bestückt werden. Ist das Antriebskonzept des Personenkraftwagens beispielsweise ein konventioneller Antrieb, so kann es sich bei dem Antriebsaggregat um eine Verbrennungskraftmaschine handeln. Die wenigstens eine Komponente ist hierbei beispielsweise ein Tank zum Speichern von flüssigem Kraftstoff, mit dem die Verbrennungskraftmaschine betreibbar ist. Bei dem flüssigen Kraftstoff kann es sich um Ottokraftstoff für einen Ottomotor oder einen Dieselkraftstoff für einen Dieselmotor handeln. Alternativ kann vorgesehen sein, dass es sich bei einem Antriebskonzept um ein alternatives Antriebskonzept handelt. Das alternative Antriebskonzept umfasst beispielsweise als das Antriebsaggregat wenigstens einen Elektromotor zum Antreiben des Personenkraftwagens. Hierbei ist die wenigstens eine Komponente beispielsweise eine Batterie zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischem Strom und zum Speichern des elektrischen Stroms. Das Antriebsaggregat kann auch als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sein, welche mit einem gasförmigen Kraftstoff betreibbar ist. Die wenigstens eine Komponente ist hierbei beispielsweise ein Gastank, in welchem der Kraftstoff gespeichert werden kann. Der Kraftstoff kann dabei in dem Gastank teilweise in flüssigem Aggregatszustand und teilweise in gasförmigem Aggregatszustand gespeichert sein. Bei dem Kraftstoff handelt es sich beispielsweise um CNG (CNG – compressed natural gas) oder um ein anderweitiges Gas.
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Bei dem Antriebsaggregat kann es sich auch um eine Brennstoffzelle beziehungsweise einen Brennstoffzellenstack handeln, welcher beispielsweise längs eingebaut ist und eine hohe Blockbildung im Vorbau der Personenkraftwagenkarosserie bewirkt. Mittels der erfindungsgemäßen Abstützanordnung kann hier ein Deformationsraum bis weit in den für Insassen des Personenkraftwagens unkritischen mittleren Stirnwandbereich ermöglicht werden, während die im Bereich des Tunnels angeordnete wenigstens eine Komponente weitestgehend in ihrer Position verbleiben kann und keinen kritischen Kontakt durch intrudierende Vorbauaggregate wie beispielsweise dem Brennstoffzellenstack erleidet. Im Falle des Brennstoffzellenstacks ist die wenigstens eine Komponente beispielsweise ein Gastank, insbesondere ein Hochdruckgastank, zum Speichern eines Gases, insbesondere zum Speichern von Wasserstoff. Bei entsprechender Gestaltung kann der Brennstoffzellenstack den Gastank auch überschieben. Dies bedeutet, dass hohe Relativverschiebungen zwischen dem nahezu ortsfesten Gastank und dem blockbildenden Brennstoffzellenstack im Falle eines Frontalaufpralls realisierbar sind. Durch die spezielle und geschilderte Kinematik der unteren Teilstruktur, insbesondere im Falle eines Frontalaufpralls, kann auch für im Vorbau integrierte Brennstoffzellenantriebe mit längs eingebauten Brennstoffzellenstack ermöglicht werden, im Falle eines Frontalaufpralls ausreichend Deformationsweg bereitzustellen und damit die Sicherheit der Insassen auch dann zu gewährleisten, wenn der Gastank zumindest teilweise platzsparend im Tunnel angeordnet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht auf eine Abstützanordnung eines Antriebsaggregats an einer Personenkraftwagenkarosserie, mit einer Stützeinrichtung, welche eine unterseitig eines Fahrzeugbodens befestigte und wenigstens eine dem Antriebsaggregat zugeordnete Komponente haltende Tragstruktur umfasst, von welcher sich eine Abstützstruktur der Stützeinrichtung nach vorne oben erstreckt, mittels welcher das Antriebsaggregat gegen eine unfallbedingte Rückverlagerung abgestützt ist, wobei die Abstützstruktur eine obere Teilstruktur und eine untere Teilstruktur aufweist, über welche die obere Teilstruktur an die Tragstruktur angebunden ist;
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2 eine schematische Seitenansicht auf die Abstützstruktur;
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3 eine schematische Perspektivansicht auf die Abstützanordnung;
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4 eine schematische Seitenansicht auf die Stützeinrichtung;
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5 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Rückansicht auf die Abstützanordnung;
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6 ausschnittsweise eine weitere schematische Seitenansicht auf die Abstützanordnung;
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7 ausschnittsweise eine weitere schematische Seitenansicht auf die Abstützanordnung;
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8 eine schematische Schnittansicht durch die Abstützanordnung entlang einer in 7 gezeigten Schnittlinie A-A; und
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9 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Vorderansicht auf die Stützeinrichtung in einem deformierten Zustand.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Abstützanordnung eines Antriebsaggregats 10 an einer Personenkraftwagenkarosserie 12 unter Vermittlung einer im Weiteren erläuterten Stützeinrichtung 18. Bei dem hier gezeigten konventionellen Antriebskonzept mit Frontmotor und Heckantrieb ist in Fahrzeuglängsrichtung hinter dem Frontmotor üblicherweise ein Getriebe angeordnet, welches in einem Tunnel 14 eines Fahrzeugbodens 16 aufgenommen ist. Bei Fahrzeugen mit einem solchen Antriebskonzept spielt im Falle eines Frontalaufpralls insbesondere die abstützende Wirkung des Getriebes sowie einer sich an das Getriebe in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten anschließenden Antriebswelle an der Personenkraftwagenkarosserie 12 und insbesondere am Tunnel 14 eine wichtige Rolle, da das Unfallverhalten des Getriebes und vor allem das Drehverhalten des Antriebsaggregats 10 und des Getriebes sowohl um die Hochachse (Fahrzeughochrichtung) als auch um die Querachse (Fahrzeugquerrichtung) in hohem Maße von einer formschlüssigen Anlage des Getriebes am Tunnel 14 bestimmt wird.
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Zum Erreichen eines vorteilhaften Unfallverhaltens dient die Stützeinrichtung 18 mit einer zumindest im Wesentlichen rahmenförmigen und besonders gut aus den 3 bis 6 erkennbaren Tragstruktur in Form eines Tragrahmens 20. Wie beispielsweise aus 5 und 9 erkennbar ist, umfasst der Tragrahmen 20 zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Längsträger 22, welche über mindestens zwei in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Querträger 24 des Tragrahmens 20 miteinander verbunden sind. Am Tragrahmen 20 ist wenigstens eine dem Antriebsaggregat 10 zugeordnete Komponente 26 gehalten, bei welcher es sich vorliegend um einen Gastank zum Speichern von CNG handelt. Alternativ dazu ist die Komponente 26 beispielsweise als Druckgastank zum Speichern von Wasserstoff ausgebildet. Hierbei ist das Antriebsaggregat 10 als Brennstoffzelle beziehungsweise als eine Mehrzahl von Brennstoffzellen umfassender Brennstoffzellenstack ausgebildet. Dieser Brennstoffzellenstack ist beispielsweise längs eingebaut. Dies bedeutet, dass der Brennstoffzellenstack beispielsweise eine in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Länge aufweist, welche größer als eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Breite des Brennstoffzellenstacks ist. Wie aus 1 erkennbar ist, ist der Tragrahmen 20 in Fahrzeughochrichtung unterseitig des Fahrzeugbodens 16 befestigt. Die Komponente 26 ist dabei zumindest teilweise in dem Tunnel 14 aufgenommen.
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Die Stützeinrichtung 18 umfasst darüber hinaus eine Abstützstruktur in Form eines besonders gut aus 2 erkennbaren Stützrahmens 28, welcher einerseits am Tragrahmen 20 und andererseits am Antriebsaggregat 10 abgestützt ist. Der Stützrahmen 28 ist beispielsweise mit dem Tragrahmen 20 gefügt. Insbesondere kann der Stützrahmen 28 momentensteif und kraftschlüssig an den Tragrahmen 20 angebunden sein. Der Stützrahmen 28 erstreckt sich ausgehend vom Tragrahmen 20 in Fahrzeuglängsrichtung von hinten unten nach vorne oben und ragt somit zumindest teilweise in einen Aufnahmeraum 30 des Personenkraftwagens hinein, in welchem das Antriebsaggregat 10 aufgenommen ist. Wie aus 1 erkennbar ist, erstreckt sich der Stützrahmen 28 bis zu einem hinteren oberen Bereich 32 des Antriebsaggregats 10, welches über wenigstens ein Verbindungselement 34 mit dem Stützrahmen 28 verbunden ist. Dadurch ist das Antriebsaggregat 10 im Fahrbetrieb und insbesondere bei einer in Fahrzeuglängsrichtung von vorne nach hinten wirkenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung gegen eine unfallbedingte Rückverlagerung über den Stützrahmen 28 und den Tragrahmen 20 an der Personenkraftwagenkarosserie 12 abgestützt. Zu einer solchen unfallbedingten Kraftbeaufschlagung kann es beispielsweise bei einem Frontalaufprall kommen.
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Das Verbindungselement 34 ist beispielsweise aus einem elastischen Material gebildet und kann beispielsweise als Gummielement ausgebildet sein. Dadurch ist das Antriebsaggregat 10 über die Stützeinrichtung 18 elastisch an der Personenkraftwagenkarosserie 12 gelagert.
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Die Stützeinrichtung 18 ist insgesamt als sogenannter Tunnel-Integralträger ausgebildet, wobei der Stützrahmen 28 als sogenannte Pendelstütze oder als sogenanntes Pendellager wirkt. Mittels dieser Pendelstütze ist eine Momentenabstützung des Antriebsaggregats 10 realisierbar. Mit anderen Worten wird das Antriebsaggregat 10 mittels des Stützrahmens 28 gegen eine Drehung um die Fahrzeugquer- und Fahrzeughochrichtung nach hinten abgestützt, wenn es beispielsweise zu einer Frontalkollision kommt. Auch kann eine Drehung um die Fahrzeuglängsrichtung verhindert oder zumindest begrenzt werden.
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Die Lagerung des Antriebsaggregats 10 in Fahrzeughochrichtung erfolgt entweder mittels eines Integralträgers 36, welcher an korrespondierenden Längsträgern 38 der Personenkraftwagenkarosserie 12 gehalten ist oder direkt an den Längsträgern 38. Die Lagerung des Antriebsaggregats 10 am Integralträger 36 erfolgt über seitliche Lager 40, welche beispielsweise als Motorlager ausgebildet sind. Die Lager 40 können dabei als Gummilager ausgebildet sein und Hauptlager der Antriebslagerung darstellen.
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Die Halterung der Stützeinrichtung 18 am Fahrzeugboden 16 beziehungsweise an der Personenkraftwagenkarosserie 12 erfolgt beispielsweise mittels Lagerelemente 42a–d. Durch den Einsatz der Stützeinrichtung 18 kann somit eine bei konventionellen Frontantriebskonzepten vorgesehene Momentenabstützung des Antriebsaggregats 10 gegen den Integralträger 36, welcher im Vorbau der Personenkraftwagenkarosserie 12 angeordnet ist, entfallen. Die zuvor geschilderte, vor allem bei Fahrzeugen mit Heckantrieb bewirkte Abstützung durch das Getriebe wird nun durch die Stützeinrichtung gewährleistet. Als vorderste, rohbauseitige Befestigung der Stützeinrichtung 18 werden beispielsweise Lagerpunkte zur Lagerung des Getriebes verwendet, was vorliegend durch die Lagerelemente 42a–d realisiert wird.
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Durch die feste, an allen Betriebszuständen bestehende Anbindung des Antriebsaggregats 10 an die Stützeinrichtung 18 können unfallbedingte Verlagerungen und insbesondere Drehungen des Antriebsaggregats 10 um die Querachse sowie die Hochachse vermieden oder gering gehalten werden. Durch die in Fahrzeuglängsrichtung frühzeitige, steife und feste Anbindung der Stützeinrichtung 18, insbesondere über die Lagerelemente 42a–c am Rohbau, kann ein unkontrolliertes Abgleiten des Antriebsaggregats 10 an einer in Fahrzeuglängsrichtung dahinter angeordneten Stirnwand 44 der Personenkraftwagenkarosserie 12 vermieden werden. Die Pendelstütze ist dabei nicht unterhalb des Antriebsaggregats 10 gegen den Integralträger 36, sondern vorliegend in Fahrzeuglängsrichtung zwischen dem Antriebsaggregat 10 und der Stirnwand 44 vorgesehen. Durch diese Abstützung des Antriebsaggregats 10 kann ein Kippen des Antriebsaggregats 10 die Querachse in die Stirnwand 44 wirksam unterbunden werden, so dass übermäßige Stirnwandintrusionen verhindert werden können.
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Bei der Stützeinrichtung 18 handelt es sich auch um einen Integralträger in Form des Tunnel-Integralträgers, da die Stützeinrichtung 18 eine montierbare und gegen den Rohbau fest verschraubte Strukturkomponente darstellt, die sowohl Rohbau- und somit Abstützfunktionen im Falle eines Unfalls sowie auch Lagerfunktionen für Antriebs- und gegebenenfalls Achskomponenten übernimmt.
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Die Stützeinrichtung 18 kann somit auch zur Vormontage von Aggregaten, insbesondere in Form der Komponente 26, dienen. Dabei wird beispielsweise die Komponente 26 zunächst am Tragrahmen 20 befestigt, worauf hin die Stützeinrichtung 18 mit der am Tragrahmen 20 befestigten Komponente 26 als Modulbauteil an der Personenkraftwagenkarosserie 12 beziehungsweise an deren Rohbau montiert wird.
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Vorzugsweise ist die Stützeinrichtung 18, insbesondere im Bereich des Tunnels 14, reversibel lösbar, das heißt zerstörungsfrei lösbar mit der Personenkraftwagenkarosserie 12 verbunden. Dadurch ist eine einfache Montage sowie Demontage realisierbar. Die Stützeinrichtung 18 und insbesondere ihr Tragrahmen 20 können dabei auch die wenigstens eine, am Tragrahmen 20 gehalterte Komponente 26 im Crashfall schützen, um beispielsweise übermäßige Deformationen der Komponente 26 zu verhindern. Die Stützeinrichtung 18 ermöglicht insbesondere die Integration von Antriebskonzepten, die im Vorbau verbaut werden und primär die Lagerkonzeption eines Frontantriebs zeigen, in einem Fahrzeugumfeld eines typischen Heckantrieb-Fahrzeugs bei einer minimalen Rohbauanpassung. Eine solche Lagerkonzeption eines Frontantriebs sieht beispielsweise vor, die Lagerung ausschließlich vor der Stirnwand 44 anzuordnen. Ferner ist bei einer solchen Lagerkonzeption keine Abstützung über ein tunnelseitiges Getriebe oder Getriebelager, wie es bei Fahrzeugen mit Heckantrieben üblich ist, vorgesehen.
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Aus 3 bis 6 ist erkennbar, dass am Tragrahmen 20 vordere Lagerstellen 46 vorgesehen sind, welche beispielsweise mit den Lagerelementen 42a–c korrespondieren und über jeweilige, seitliche Konsolen 48 realisiert werden. Dabei sind auch hintere Lagerstellen 50 vorgesehen, welche durch jeweilige, seitliche Konsolen 52 realisiert werden. Die Konsolen 48, 52 sind an den jeweiligen, seitlichen Längsträgern 22 befestigt und beispielsweise mit diesen verschweißt. Insbesondere die Auslegung des Stützrahmens 28 wird durch das Beanspruchungsniveau im Frontalcrash vorgegeben, das wiederum wesentlich dadurch bestimmt wird, in welchem Maße die Vorbaustruktur und das Vorbauaggregatekonzept in der Lage sind, Crashenergie in Deformationsenergie umzuwandeln.
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Um nun eine unerwünschte Überlastung des Stützrahmens 28 sowie eine übermäßige stabile Auslegung des Stützrahmens zu vermeiden, ist der Stützrahmen 28 nicht etwa als homogenes Tragwerk ausgebildet, sondern der Stützrahmen 28 umfasst eine obere Teilstruktur in Form eines Oberrahmens 54 und eine untere Teilstruktur in Form eines Unterrahmens 56. Der Oberrahmen 54 ist über den Unterrahmen 56 an die Tragstruktur (Tragrahmen 20) angebunden. Ferner ist der Unterrahmen 56 – wie in 2 und 9 erkennbar ist – bei einer unfallbedingten Rückverlagerung des Oberrahmens 54 und einer damit einhergehenden, unfallbedingten Rückverlagerung des Antriebsaggregats 10 parallelogrammartig plastisch verformbar. 9 zeigt den Stützrahmen 28 in deformiertem Zustand. Dieser deformierte Zustand ist in 2 durch durchzogene Linien veranschaulicht. Ferner ist in 2 ein undeformierter Zustand des Stützrahmens 28 anhand von gestrichelten Linien veranschaulicht.
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Der Unterrahmen 56 umfasst jeweilige, seitliche und parallel zueinander verlaufende Hebelelemente 58, welche sich im undeformierten Zustand schräg zur Fahrzeuglängsrichtung von hinten unten nach vorne oben von dem Tragrahmen 20 weg hin zum Oberrahmen 54 erstrecken. In 1 sind im Frontalcrash zur Energieumsetzung erforderliche Deformationsbereiche des Vorbaus vor und hinter dem sehr steifen und blockbildenden Antriebsaggregat 10 mit Lv und Lh bezeichnet. Dabei bezeichnet Lv eine vordere Deformationslänge, wobei Lh eine hintere Deformationslänge bezeichnet. Die Länge des starren, quasi undeformierbaren Antriebsaggregats 10 ist mit LB bezeichnet.
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Vereinfachend sei angenommen, dass in beiden Deformationsbereichen Lv und Lh pro Länge in etwa gleichgroße Energieumsetzungen stattfinden.
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Wird nun beispielsweise bei gleichen Fahrzeug-Randbedingungen ein deutlich längerer Antrieb (größere Blocklänge) eingebaut, so muss im hinteren Deformationsbereich Lh ein deutlich größerer deformierbarer Strukturbereich bereitgestellt werden. Für die Abstützung des Antriebsaggregats 10 durch den Stützrahmen 28 bedeutet das, dass folgende Anforderungen zu erfüllen sind: hohe Rückverlagerung des Stützrahmens 28 im Lagerbereich der Pendelstütze; Führung des Antriebaggregats 10 in vertikaler Richtung, um ein Aufgleiten der Unterseite des Antriebsaggregats 10 an der Oberseite der Komponente 26 zu ermöglichen; möglichst hohe Energieumsetzung bei Rückverlagerung um die hintere Deformationslänge (Lh); Strukturintegrität des Tragwerks des Stützrahmens 28 über die gesamte Crashdauer, das heißt über den gesamten Deformationsweg; keine Überlastung des Tragrahmens 20 beziehungsweise dessen rohbauseitiger Lagerung (Lagerelemente 42s–d) durch den Stützrahmen 28.
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Die gesamte Crashlänge wird beispielsweise mit Lgesamt gesamt bezeichnet und ergibt sich aus: Lgesamt = Lv + Lh
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Zur Erfüllung dieser Anforderungen ist der Stützrahmen 28 nicht als homogenes Tragwerk ausgebildet, sondern weist die Teilstrukturen in Form des Oberrahmens 54 und des Unterrahmens 56 auf, wobei der Stützrahmen 28 einwirkende Crashbelastungen des Antriebsaggregats 10 unmittelbar in den Tragrahmen 20 beziehungsweise dessen rohbauseitige Lagerungen (Lagerelemente 42a–d) einleitet. Der Oberrahmen 54 und der Unterrahmen 56 weisen unter Frontcrashbelastung deutlich unterschiedliche Verhalten bezüglich Festigkeit, Steifigkeit, Energieaufnahme und Kinematik auf. Der Unterrahmen 56 ist als untere Teilstruktur der Stützeinrichtung 18 zwischen dem Tragrahmen 20 und dem Oberrahmen 54 kraftschlüssig und momentensteif angebunden und soll sich bei Belastung im Rahmen eines Bewegungsablaufs ähnlich einer Parallelogrammführung plastisch deformieren. Dabei ist der Unterrahmen 56 strukturell so gestaltet, dass große Rückverlagerungen um die hintere Deformationslänge (Lh) ohne Strukturversagen, zum Beispiel Trennbruch umgesetzt werden können, wobei die hierbei zwangsläufig vorhandenen Bewegungskomponenten in Fahrzeughochrichtung des Oberrahmens 54 minimiert werden. Der Oberrahmen 54 ist geometrisch so gestaltet, dass er sich unter Frontcrashbelastung und der hierbei eintretenden Rückverlagerung um die hintere Deformationslänge (Lh) derart in einen durch den Fahrzeugboden 16 beziehungsweise den Tunnel 14 und die Komponente 26 begrenzten Raum hineinpressen kann, das einerseits durch Reibung und plastischer Aufweitung des Tunnels 14 größtmögliche Energieumsetzung der kinetischen Crashenergie erreicht wird und andererseits die vertikal wirkenden Abstützkräfte auf die Komponente 26 kleinstmöglich bleiben.
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Aus 5 ist erkennbar, dass die Stützeinrichtung 18 eine obere Lagerplatte 60 und eine untere Lagerplatte 62 aufweist. Die obere Lagerplatte 60 des Oberrahmens 54 stützt sich dabei auf der Komponente 26 dergestalt ab, dass einerseits ein zu starkes Ausweichen des Oberrahmens 54 nach unten verhindert wird, andererseits aber die Komponente 26 nicht über das zulässige Maß belastet wird, insbesondere in vertikaler Richtung. Die untere Lagerplatte 62 dient dabei als Wiederlager der Komponente 26, damit diese nicht unzulässig weit nach unten ausweichen kann beziehungsweise nicht unzulässig stark auf Biegung belastet wird. Die zulässigen vertikalen Verschiebungen der Komponente 26 sind durch deren vorderes beziehungsweise hinteres Lager zu kompensieren.
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Für die Minimierung der vertikalen Belastung der Komponente 26 ist wesentlich, dass die Stützwirkung des Unterrahmens 56 und damit dessen strukturelle Integrität während des gesamten Crashvorgangs bestmöglich erhalten bleiben. Dabei sind Knotenpunkte 64 des Unterrahmens 56 zum Tragrahmen 20 wie auch zum Oberrahmen 54 durch entsprechende Materialwahl und/oder geometrische Gestaltung als Bereich mit hoher plastischer Deformationsfähigkeit auszuführen, um die Gefahr eines Trennbruchs weitgehend zu eliminieren.
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Aus 8 ist darüber hinaus eine obere Tunnelabstützung 66 erkennbar. Ferner sind in 8 seitliche Tunnelabstützungen 68 erkennbar. Die Anordnung der Komponente 26 zumindest teilweise im Tunnel 14 ermöglicht eine bauraumgünstige Verstauung der Komponente 26 und/oder anderweitiger Komponenten des jeweiligen Antriebskonzepts. Durch die zumindest teilweise Aufnahme des Gastanks im Tunnel 14 kann der Gastank auch mit einem sehr hohen Aufnahmevolumen für Kraftstoff ausgestaltet werden. Mittels der Stützeinrichtung 18 ist es auch möglich, unterschiedliche und insbesondere alternative Antriebskonzepte zu realisieren und dabei zumindest weitgehend Maßkonzepte, Rohbaukonzepte, Rohbaufertigungen und Montagekonzepte konventioneller Antriebskonzepte beizubehalten, ohne wichtige Eigenschaften wie beispielsweise Unfallverhalten und Steifigkeit negativ zu beeinflussen.
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Entsprechend der Anbindungs- beziehungsweise Lagerpunkte, an denen die Stützeinrichtung 18 und insbesondere der Tragrahmen 20 an den Fahrzeugboden 16 angebunden sind, werden vorzugsweise verstärkt, so dass eine stabile und feste Lagerung realisiert ist. Da der Stützrahmen 28 über den Tragrahmen 20 an der Personenkraftwagenkarosserie 12 gehalten ist, kann auch der Stützrahmen 28 auf einfache Weise montiert sowie demontiert werden. Die Stützeinrichtung 18 übernimmt somit einerseits zentrale Rohbaufunktionen wie die Lagerung des Antriebsaggregats 10 und der Komponente 26 sowie gegebenenfalls weiterer Komponenten sowie den Schutz der Komponente 26 gegen ein Aufsetzen auf der Fahrbahn. Ferner kann der Tragrahmen 20 als Montagerahmen verwendet werden, der es erlaubt, alle zu montierenden Aggregate und Komponenten vorzumontieren und im montierten Zustand zu überprüfen. Andererseits leitet die Stützeinrichtung 18 über ihren vorderen Stützrahmen 28 über das Antriebsaggregat 10 aufgebrachte, unfallbedingte Lasten direkt und zumindest weitgehend unter Umgehung der Stirnwand 44 in die untere, verstärkte Tunnelstruktur ein und dient darüber hinaus als Lastverteiler zwischen dem Antriebsaggregat 10 und der Stirnwand 44 sowie dem Tunnel 14. Die Stützeinrichtung 18 stellt somit zusätzlich ein zentrales Sicherheitsbauteil im Falle eines Frontalunfalls dar.
