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Die Erfindung betrifft einen Frontendträger für einen Personenkraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher Frontendträger ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2010 054 917 A1 oder aus der
DE 10 2011 016 936 A1 als bekannt zu entnehmen und umfasst eine Trägerstruktur, welche an jeweiligen Befestigungsstellen an einer dahinter angeordneten Vorbaustruktur der Kraftwagenkarosserie abstützbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Frontendträger der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einer Frontalkollision des Personenkraftwagens günstige Unfalleigenschaften hat und darüber hinaus nach einem derartigen Unfall eine kostengünstige Reparatur ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Frontendträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um einen Frontendträger der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher im Falle einer Frontalkollision des Personenkraftwagens ein günstiges Unfallverhalten hat und darüber hinaus im Falle eines solchen Unfalls, insbesondere wenn es sich um einen Reparaturencrash handelt, eine günstigere Reparatur ermöglicht, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Trägerstruktur in Fahrzeuglängsrichtung einen steiferen hinteren Bereich und einen dem gegenüber leichter deformierbaren vorderen Bereich aufweist. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Trägerstruktur im vorderen Bereich weicher bzw. deformierbarer zu gestalten und demgegenüber im hinteren Bereich entsprechend steifer.
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Kommt es demzufolge beispielsweise zu einer Frontalkollision mit einer geringeren Geschwindigkeit – einem sogenannten Reparaturcrash, der durch Austausch entsprechender Bauteile behebbar ist – so sorgt insbesondere der leichter deformierbare vordere Bereich der Trägerstruktur für eine entsprechende Deformation und Energieabsorption, ohne dass der dem gegenüber steifere hintere Bereich der Trägerstruktur oder die dahinterliegende Vorbaustruktur der Kraftwagenkarosserie beschädigt wird. Somit lässt sich durch Austausch entsprechender Bauteile der Trägerstruktur in einfacher Weise das Fahrzeug reparieren, ohne dass große strukturelle Schäden entstanden sind.
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Kommt es demgegenüber zu einer Frontalkollision mit hoher Geschwindigkeit, bei welcher die Vorbaustruktur der Kraftwagenkarosserie zumindest bereichsweise zur Absorption zur Aufprallenergie herangezogen wird, so sorgt der steifere, hintere Bereich der Trägerstruktur für eine frühzeitige optimale Krafteinleitung in die Rohbaustruktur im Verlauf des Unfallszenarios.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß in Fahrzeuglängsrichtung in zwei Bereiche unterteilten Trägerstruktur ist es, dass beispielsweise verschiedene Derivate einer Fahrzeugbaureihe auf einfache Weise mit individuell angepassten Frontendträgern bzw. Trägerstrukturen ausgestattet werden können. Insbesondere ist es demnach möglich, modellspezifisch für jedes Derivat einen leichter deformierbaren vorderen Bereich zu schaffen, welcher insbesondere auf die Dimensionen des Kraftwagenbugs, das Fahrzeuggewicht und andere Derivat spezifische Parameter abgestimmt ist. Demgegenüber ist der steifere hintere Bereich vorzugsweise aus verblockten Gleichteilen über alle Derivate einer Fahrzeugbaureihe gleichbleibend ausgebildet, um hierdurch entsprechende Kosten einzusparen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn die Trägerstruktur ein auf Höhe einer Kühlerbrücke in gleicher Erstreckung verlaufendes und mit dieser verbundenes Trägerteil aufweist. Hierdurch kann eine besonders günstige Trennung zwischen dem steifen hinteren Bereich und dem leichter deformierbaren vorderen Bereich der Trägerstruktur auf einer obersten Längsträgerebene geschaffen werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Trägerstruktur ein oberseitig eines zugeordneten vorderen Endes eines jeweiligen Hauptlängsträgers und/oder eines korrespondierenden, vor dem Hauptlängsträger jeweils angeordneten Energieabsorptionselement verlaufendes jeweiliges seitliches Konsolenteil auf. Somit sind insgesamt zwei Konsolenteile vorgesehen, welche sich am jeweils zugeordneten Bauteil einer mittleren Längsträgerebene – entweder dem Hauptlängsträger selbst und/oder einem davor angeordneten Energieabsorptionselement – nach unten hin abstützen können, um hierdurch eine besonders günstige Lastverteilung und Unterteilung der Trägerstruktur in den steiferen hinteren Bereich und dem leichter deformierbaren vorderen Bereich zu erreichen.
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Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn das jeweilige seitliche Konsolenteil jeweilige Schwächungsstellen wie beispielsweise sogenannte Triggerstellen aufweist, an welchen die Trägerstruktur in den steiferen hinteren Bereich und den dem gegenüber leichter deformierbaren vorderen Bereich unterteilt werden kann. Somit ist auf einfache und hochwirksame Weise eine entsprechende Unterteilung in den steiferen und den leichter deformierbaren Bereich der Trägerstruktur zu erreichen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Kühlermodul im steifen hinteren Bereich der Trägerstruktur angeordnet ist. Hierdurch kann eine Beschädigung des Kühlermoduls im Falle einer Frontalkollision mit geringerer Intensität, einem sogenannten Reparaturcrash, zumindest weitgehend verhindert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Trägerteil der Trägerstruktur auf Höhe der Kühlerbrücke als Tiefziehbauteil, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, ausgebildet ist. Ein derartiges Tiefziehbauteil ist besonders einfach herstellbar, wobei insbesondere auch die Unterteilung in einem steiferen hinteren Bereich und einem leichter deformierbaren vorderen Bereich der Trägerstruktur in besonders günstiger Weise durch das Trägerteil darstellbar ist.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das jeweilige seitliche Konsolenteil der Trägerstruktur als Kunststoffbauteil ausgebildet ist. Somit lassen sich einerseits besonders einfache und kostengünstige Bauteile schaffen, mittels welchen auf besonders vorteilhafte Weise die Unterteilung in den steiferen Bereich und den leichter deformierbaren Bereich der Trägerstruktur ermöglicht ist. Außerdem sind derartige Kunststoffbauteile – wie auch das Trägerteil als Tiefziehbauteil – besonders leicht modifizierbar, um beispielsweise Bauteile zu schaffen, welche modellspezifisch für ein jeweiliges Derivat einer Fahrzeugbaureihe gestaltet sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das jeweilige seitliche Konsolenteil eine Fachwerkstruktur aufweist. Eine derartige Fachwerkstruktur ermöglicht ein gut einstellbares Energieabsorptionsvermögen, um beispielsweise im Falle eines Reparaturcrashs entsprechende Kräfte aufzunehmen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das jeweilige seitliche Konsolenteil rückwärtig an einem seitlich zugeordneten Stützelement abgestützt ist, welches das Trägerteil der Trägerstruktur auf Höhe der Kühlerbrücke mit dem seitlich korrespondierenden Hauptlängsträger verbindet. Durch diese jeweiligen Konsolenteile ist eine besonders günstige Abstützung der Trägerstruktur an der Vorbaustruktur der Kraftwagenkarosserie zu realisieren.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das jeweilige Stützelement als Metallgussbauteil ausgebildet ist, da derartige Bauteile besonders gewichts- und kostengünstig hergestellt werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1a, 1b eine Perspektivansicht sowie eine Seitenansicht auf einen Frontendträger eines Personenkraftwagens mit einer Trägerstruktur, welche an jeweiligen Befestigungsstellen an einer dahinter angeordneten Vorbaustruktur der Kraftwagenkarosserie abstützbar ist und vorliegend zwei seitliche Konsolenteile und ein diese verbindendes Trägerteil auf Höhe einer Kühlerbrücke umfasst, wobei die Trägerstruktur in Fahrzeuglängsrichtung in einen steiferen hinteren Bereich und einen dem gegenüber leichter deformierbaren vorderen Bereich unterteilt ist;
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2 eine ausschnittsweise Perspektivansicht auf den an der Vorbaustruktur der Kraftwagenkarosserie befestigten Frontendträger, wobei insbesondere der Bereich eines der Konsolenteile der Trägerstruktur erkennbar ist;
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3 eine ausschnittsweise seitliche Perspektivansicht auf die Anbindung der Kühlerbrücke an einem dahinter liegenden Längsträger in einer oberen Längs-trägerebene;
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4 eine Perspektivansicht von innen nach außen auf eines der Konsolenteile der Trägerstruktur des Frontendträgers, welches nach hinten hin über ein seitlich zugeordnetes Stützelement an der Vorbaustruktur der Kraftwagenkarosserie abgestützt ist;
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5 eine Perspektivansicht auf den an der Vorbaustruktur der Kraftwagen-Karosserie angeordneten Frontendträger analog zu 1a, wobei jeweilige Lastpfade, welche auf den Frontendträger und die Vorbaustruktur der Kraftwagenkarosserie im Falle einer Frontalkollision mit geringerer Geschwindigkeit und mit höherer Geschwindigkeit wirken, dargestellt sind;
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6a, 6b eine jeweilige schematische Seitenansicht auf den vorderseitig der Vorbau-Struktur des Kraftwagens angeordneten Frontendträger, welcher in 6a in unbeschädigtem Zustand dargestellt ist und in 6b in beschädigtem Zustand nach einer Frontalkollision mit geringerer Geschwindigkeit dargestellt ist, bei welchem der leichter deformierbare vordere Bereich der Trägerstruktur entsprechend deformiert ist, wohingegen der dahinter liegende steifere Bereich der Trägerstruktur zumindest im Wesentlichen ohne Deformation geblieben ist; und
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7 eine Seitenansicht auf den vorderseitig der Vorbaustruktur der Kraftwagen-Karosserie angeordneten Frontendträger nach einer Frontalkollision mit geringerer Geschwindigkeit, wodurch der Frontendträger im vorderen Bereich gezielt versagt hat, jedoch im hinteren Bereich unbeschädigt intakt geblieben ist.
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In 1a und 1b ist in einer Perspektivansicht bzw. in einer Seitenansicht ein Frontendträger 10 für einen Personenkraftwagen dargestellt, welcher sich nach hinten hin an einer dahinter angeordneten Vorbaustruktur 12 der Kraftwagenkarosserie abstützt. Von dieser Vorbaustruktur 12 sind in 1a und 1b jeweilige Längsträger 14 einer oberen Längsträgerebene erkennbar, welche auf jeweiliger Kotflügelbänke verlaufen und an ihren vorderen Enden über eine Kühlerbrücke 16 miteinander verbunden sind.
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Der Frontendträger 10 umfasst im Wesentlichen eine Trägerstruktur 18, welche vorliegend im Wesentlichen durch zwei seitliche Konsolenteile 20, 22 gebildet ist, welche über ein Trägerteil 24 miteinander verbunden sind.
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Wie nun in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist, welche in einer ausschnittsweisen und vergrößerten Seitenansicht die Trägerstruktur 18 an der Vorbaustruktur 12 der Kraftwagenkarosserie zeigt, ist das jeweilige seitliche Konsolenteil 20 oberseitig eines zugeordneten vorderen Endes eines Hauptlängsträgers 26 oder – wie im vorliegenden Fall – oberseitig eines korrespondierenden Energieabsorptionselements 28 angeordnet, welches sich seinerseits in Verlängerung des vorderen Endes des Hauptlängsträgers 26 erstreckt. Wie aus 2 erkennbar ist, ist vorderseitig des jeweiligen Energieabsorptionselements 28 ein Stoßfängerquerträger 30 auf Höhe der Hauptlängsträgerebene angeordnet, welcher durch die Hauptlängsträger 26 nach hinten abgestützt ist. Weiterhin ist aus 2 erkennbar, dass sich das Trägerteil 24 auf Höhe der Kühlerbrücke 16 der Vorbaustruktur 12 erstreckt. Dabei verläuft das Trägerteil 24 in gleicher Erstreckung wie die Kühlerbrücke 16 und ist mit dieser über eine Mehrzahl von Befestigungselementen 32, beispielsweise Schraubelemente oder Nietelemente verbunden.
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Das Trägerteil 24 ist vorliegend beispielsweise als Tiefziehbauteil insbesondere aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet. Als im Rahmen der Erfindung mitumfasst ist es zu betrachten, dass natürlich auch andere Materialien in Frage kommen. Die beiden Konsolenteile 20, 22, welche das Trägerteil 24 in Fahrzeughochrichtung nach unten abstützen bzw. tragen, sind beispielsweise als Kunststoffbauteile ausgebildet. Dabei weisen die Konsolenteile 20, 22 jeweils eine Fachwerkstruktur mit entsprechenden, im Wesentlichen waagerecht verlaufenden Streben 34 und schräg dazu verlaufenden Streben 36 auf. Auf die detaillierten Ausgestaltungen und Wirkungsweise insbesondere der waagerecht verlaufenden Strebe 34 wird im Weiteren noch eingegangen werden. Weiterhin ist aus 2 erkennbar, dass das jeweilige Konsolenteil 20, 22 rückwärtig an einem seitlich zugeordneten Stützelement 38 abgestützt ist, welches das Trägerteil 24 sowie die Kühlerbrücke 16 mit dem seitlich korrespondierenden Hauptlängsträger 26 verbindet bzw. an diesem nach unten hin abstützt. Dieses jeweilige Stützelement 38 ist vorliegend als Metallgussbauteil ausgebildet. Dabei ist erkennbar, dass das jeweilige Konsolenteil 20 unter Vermittlung der Stützelemente 38 an der dahinter liegenden Vorbaustruktur abstützbar ist.
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Dies geschieht im vorliegenden Fall unter anderem auch über jeweilige Befestigungsstellen 40, an welchen entsprechende Knotenpunkte der Streben 34, 36 des jeweiligen Konsolenteils 20, 22 an dem seitlich korrespondierenden Stützelement 38 abgestützt und fixiert sind. Zur besseren Abstützung des jeweiligen Konsolenteils 20, 22 bzw. der Tragstruktur 18 des Frontendträgers 10 insgesamt sind zudem jeweilige, oberseitig des korrespondierenden Hauptlängsträgers 26 angeordnete Winkel 42 vorgesehen, über welche das entsprechende Stützelement 38 unterseitig nach hinten hin abgestützt ist. Diese konkrete Abstützung ist unter anderem auch in 4 nochmals dargestellt, welche in einer Perspektivansicht von der Fahrzeugmitte nach außen hin nochmals die Befestigung des entsprechenden Konsolenteils 20 an dem dahinter liegenden Stützelement 38 sowie dessen Abstützung unter Vermittlung des seitlich zugeordneten Winkels 42 an der dahinter liegenden Vorbaustruktur 12 – genauer gesagt dem jeweiligen Hauptlängsträger 26 – zeigt.
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Das Trägerteil 24 der Trägerstruktur 18 ist außerdem – wie dies aus 2 erkennbar ist – über jeweilige Streben 44 am Stoßfängerquerträger 30 festgelegt. Diese Streben 44 dienen insbesondere zur Aussteifung und Halterung der Trägerstruktur 18 im vorderen Bereich, um Geräusche und Vibrationen zu verhindern. Weiterhin erkennbar sind in 2 ein Stützanschlag 46 für eine nicht näher dargestellte Motorhaube sowie eine Halterung 48 für ein im Weiteren noch näher erläutertes, in 2 ausschnittsweise erkennbares Kühlermodul 50.
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In 3 ist in einer ausschnittsweisen und perspektivischen Seitenansicht nochmals die Befestigung der Kühlerbrücke 16 unter Vermittlung eines Halters 52 am jeweils seitlich zugehörigen Längsträger 14 der oberen Längsträgerebene gezeigt. Dieser jeweilige Längsträger ist über entsprechende Befestigungsmittel, welche im vorliegenden Fall Schrauben 54 sind, oben in einen seitlich korrespondierenden Dämpferdom 56 eingeschraubt.
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Anhand von 5 bis 7 soll nun im Weiteren das Unfallverhalten des Frontendträgers 10 näher erläutert werden. Hierzu zeigt 5 in einer analogen Darstellung zu 1a in einer Perspektivansicht die an der dahinterliegenden Vorbaustruktur 12 der Kraftwagenskarosserie abgestützte Trägerstruktur 18 des Frontendträgers 10. Mit zwei Pfeilen 58 sind dabei jeweilige Lastpfade dargestellt, welche einen Kraftfluss der entsprechenden Kräfte bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Frontendträgers 10 in Folge einer Frontalkollision mit niedriger Geschwindigkeit zeigen. Aus 5 ist dabei insbesondere erkennbar, dass bei einer derartigen Kraftbeaufschlagung in Folge einer Frontalkollision mit geringer Geschwindigkeit im Wesentlichen lediglich die Trägerstruktur 18 zur Darstellung der Lastpfade 58 herangezogen wird.
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Kommt es hingegen zu einer Frontalkollision des Kraftwagens mit hoher Geschwindigkeit, so entstehen jeweilige, durch Pfeile 60 angedeutete Lastpfade, über welche die entsprechend erheblich höheren Kräfte abgeleitet werden. Demzufolge ist gemäß 5 insbesondere erkennbar, dass bei einer Frontalkollision bei erheblicher Geschwindigkeit die Unfallkräfte unter anderem über die Kühlerbrücke 16 und die Längsträger 14 der oberen Längsträgerebene nach hinten hin übertragen bzw. abgestützt werden. Auch die jeweiligen seitlichen Stützelemente 38, welche das jeweilige Konsolenteil 20, 22 der Trägerstruktur 18 nach hinten hin abstützen, tragen zur Übertragung entsprechender Kräfte bei und weisen jeweilige, in Fahrzeughochrichtung verlaufende Lastpfande auf.
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Anhand von 6a und 6a, welche die Vorbaustruktur 12 und den Frontendträger 10 oben in unbelastetem Zustand und unten nach einer Frontalkollision mit geringerer Geschwindigkeit zeigen, wird erkennbar, dass die Trägerstruktur 18 in Fahrzeuglängsrichtung einen steiferen hinteren Bereich 62 und einen demgegenüber leichter deformierbaren vorderen Bereich 64 aufweist, welche vorliegend symbolisch durch eine gestrichelte Linie 66 von einander getrennt sind. Insbesondere anhand von 6b ist dabei erkennbar, dass im vorliegenden Fall bei einer Frontalkollision mit einer geringeren Geschwindigkeit eine entsprechende Deformationszone 68, welche durch den vorderen Bereich 64 gebildet ist, entsprechend unter Absorption von Aufprallenergie deformiert worden ist, wohingegen insbesondere der hintere Bereiche 62 der Trägerstruktur 18 des Frontendträgers 10, welcher hinter der gestrichelten Linie 66 angeordnet ist, zumindest im Wesentlichen undeformiert geblieben ist.
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Die Unterteilung der beiden Bereiche – des hinteren Bereichs 62 und des vorderen Bereichs 64 – der Trägerstruktur 18 wird dabei im Wesentlichen durch jeweilige Schwächungsstellen 70 innerhalb der horizontal verlaufenden Streben 34 erreicht, wie dies aus den 2 und 4 erkennbar ist. Diese Schwächungsstellen 70, welche als Triggerstellen bezeichnet werden, sind vorliegend durch entsprechende Kerben oder dergleichen Materialeinsparungen gebildet. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung in folge einer Frontalkollision mit geringer Geschwindigkeit die Trägerstruktur 18 im Bereich dieser Schwächungsstellen 70 kollabiert, so dass diese Schwächungsstellen 70 gleichzeitig die Unterteilung der Trägerstruktur 18 in den vorderen Bereich 64 und den hinteren Bereich 62 definieren.
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Analog zu den Schwächungsstellen 70 verläuft in einer Ebene, welche in den 6a und 6b durch die gestrichelte Linie 66 dargestellt ist, auch innerhalb des Trägerteils 24 eine entsprechende Unterteilung in einen steiferen hinteren Bereich und einen dem gegenüber leichter deformierbaren vorderen Bereich. Der steifere hintere Bereich des Trägerteils 24 ergibt sich unter anderem auch zwangsläufig durch die Fixierung an der dahinterliegenden Kühlerbrücke 16.
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In Zusammenschau mit 2 ist erkennbar, dass das Kühlermodul 50 im steifen hinteren Bereich 62 der Trägerstruktur 18 angeordnet ist. Hierdurch kann eine Beschädigung des Kühlermoduls 50 im Falle einer Frontalkollision mit geringerer Intensität zumindest weitgehend verhindert werden. Das Kühlermodul 50 umfasst beispielsweise wenigstens einen Wärmetauscher und dient zum Kühlen wenigstens eines Aggregats, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Personenkraftwagens.
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Schließlich zeigt 7 in einer Seitenansicht analog zur schematischen Seitenansicht gemäß 6b nochmals den Frontendträger 10 bzw. dessen Trägerstruktur 18 nach einer Frontalkollision mit geringer Geschwindigkeit. Auch hier ist erkennbar, dass der hintere Bereich 62 hinter der Linie 66 im Wesentlichen undeformiert geblieben ist, wohingegen der reparierbare vordere Bereich 64 der der Trägerstruktur 18 des Frontendträgers 10 entsprechend deformiert ist. Einhergehend damit sind natürlich auch die Energieabsorptionselemente 28 deformiert.
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Insgesamt wird somit durch die Ausgestaltung der Trägerstruktur 18 des Frontendträgers 10 erreicht, dass bei einer Frontalkollision mit geringer Geschwindigkeit das Fahrzeug am Kraftwagenbug relativ kostengünstig repariert werden kann. Hierbei wird durch die Trägerstruktur 18 des Frontendträgers 10 auf günstige Weise eine Unterteilung in eine bei einem Frontalaufprall mit geringer Geschwindigkeit leicht deformierbaren Bereich 64 und einen steiferen hinteren Bereich 62, welcher bei einer entsprechenden Frontalkollision undeformiert bleibt, zu erreichen, um hierdurch einen günstigen Reparaturcrash zu ermöglichen. Erst bei einer Frontalkollision mit hoher Geschwindigkeit wird dann auch der hintere Bereich 62, welcher steifer ausgebildet ist, entsprechend zur Absorption von Unfallenergie herangezogen und deformiert. Durch die steifere Ausgestaltung des hinteren Bereichs 62 der Trägerstruktur 18 wird jedoch – wie dies aus 5 erkennbar ist – erreicht, dass eine entsprechende Aktivierung der Lastpfade (Pfeile 60) erfolgt, so dass die gesamte Vorbaustruktur 12 in optimaler Weise zur Absorption von Aufprallenergie herangezogen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010054917 A1 [0002]
- DE 102011016936 A1 [0002]
