DE102014110687A1

DE102014110687A1 - Fahrzeugstruktur

Info

Publication number: DE102014110687A1
Application number: DE102014110687.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Kamm; Nino Andricevic; Robert Gudopp
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2016-02-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugstruktur (1, 51), wie insbesondere Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs, mit einer Mehrzahl von Trägern (2, 3, 52, 53) und Streben (10, 11, 62, 63, 64, 65), die miteinander zu einer Art Gitterstruktur verbunden sind, wobei ein Querträger (11, 61) zwischen den beiden Längsträgern (2, 3, 52, 53) angeordnet und mit diesen verbunden ist, wobei der Querträger (11, 61) außenseitig jeweils ein zum Längsträger (2, 3, 52, 53) in einem vorgebbaren Winkel verlaufendes Teilstück (13, 14, 81, 82) aufweist, wobei diese Teilstücke (13, 14, 81, 82) mit einem mittleren Teilstück (12, 80) miteinander verbunden sind, welches etwa rechtwinklig zu den Längsträgern (2, 3, 52, 53) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugstruktur, insbesondere eine Fahrzeugstruktur für einen Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs.
Kraftfahrzeuge weisen einen Vorderwagen auf, der aus einer Mehrzahl von Trägern und Streben besteht, die miteinander verbunden sind. Bei einem Aufprall deformieren sich diese Träger und Streben derart, dass die Fahrgastzelle weitestgehend undeformiert bleibt. Solche Fahrzeugstrukturen sind beispielsweise durch die DE 10 2009 041 352 A1 , DE 10 2010 018 691 A1 , DE 10 2009 038 893 A1 oder DE 10 2010 006 669 A1 , WO 2012/163524 A2 , DE 10 2010 018 729 A1 oder DE 10 2011 012 115 A1 bekannt geworden.
Solche Fahrzeugstrukturen weisen jedoch den Nachteil auf, dass die jeweils verbauten Träger und Streben derart miteinander verbunden sind, dass sie vordefiniert deformieren und es verbleibt auch bei größerem Energieeintrag bei einem Aufprall kein undeformierter oder nur wenig deformierter Bereich der Fahrzeugstruktur.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugstruktur zu schaffen, welche einfach aufgebaut ist und dennoch gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Fahrzeugstruktur, wie insbesondere Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs, mit einer Mehrzahl von Trägern und Streben, die miteinander zu einer Art Gitterstruktur verbunden sind, ein Querträger zwischen den beiden Längsträgern angeordnet und mit diesen verbunden ist, wobei der Querträger außenseitig jeweils ein zum Längsträger in einem vorgebbaren Winkel verlaufendes Teilstück aufweist, wobei diese Teilstücke mit einem mittleren Teilstück miteinander verbunden sind, welches etwa rechtwinklig zu den Längsträgern angeordnet ist. Dadurch kann eine Zune reduzierter Deformation oder eine Zone ohne Deformation geschaffen werden, die zwischen den Trägern und dem Querträger einen geschützten Raumbereich bildet.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Querträger aus den drei Teilstücken zusammengesetzt ist, die miteinander verbunden sind oder der Querträger mit den drei Teilstücken einteilig ausgebildet ist. So kann eine stabile Struktur geschaffen werden, die auch im Aufprallfalle einen undeformierten oder nur wenig deformierten Raumbereich bewahrt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die drei Teilstücke des Querträgers miteinander verschweißt sind. So ist es möglich, dass die drei Teilstücke aus Profilen bestehen, die einfach herzustellen sind und die einfach und kostengünstig zu verbinden sind.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Querträger derart aus den drei Teilstücken zusammengesetzt oder einteilig ausgebildet ist, dass er eine Art Trapez bildet, wobei die kurze Seite des Trapezes in Fahrzeuglängsrichtung vorn liegt. Damit wird ein Raum definiert, der durch die Ausrichtung des Trapezes eine hohe Stabilität aufweist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zumindest zwei Längsträger an einer Verbindungsstelle mit jeweils zwei Schalenelementen verbunden sind. Dadurch kann dien Stabilität der Träger verbessert werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Schalenelemente den Träger über einen Teil seiner Längserstreckung eine Doppelwand bildend umgreifen. So kann der Träger im Bereich der Doppelwand besonders stabil ausgebildet werden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die beiden Schalenelemente miteinander verbunden sind. So wird eine stabile Struktur erreicht.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Querträger ebenfalls mit einem der Schalenelemente oder mit den Schalenelementen verbunden ist. Dadurch kann die Stabilität der Fahrzeugstruktur erzielt werden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Querträger insbesondere ein Gussbauteil oder ein Strangpressprofil ist, der aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Eisen oder einer Eisenlegierung, Magnesium oder einer Magnesiumlegierung oder aus einen anderen Metall oder aus einer anderen Metalllegierung oder aus zumindest einem Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Schalenelement ein Gussbauteil ist, das aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Eisen oder einer Eisenlegierung, Magnesium oder einer Magnesiumlegierung oder aus einen anderen Metall oder aus einer anderen Metalllegierung oder aus zumindest einem Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn der Träger insbesondere ein Gussbauteil oder ein Strangpressprofil ist, der aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Eisen oder einer Eisenlegierung, Magnesium oder einer Magnesiumlegierung oder aus einen anderen Metall oder aus einer anderen Metalllegierung oder aus zumindest einem Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
Zur Bildung eines Fahrzeugvorderwagens ist es zweckmäßig, wenn zwei solche Träger vorgesehen sind, die im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei die beiden Träger mit zumindest einem Verbindungselement miteinander verbunden sind. Dadurch wird eine stabile Struktur nach Art eines dreidimensionalen Gitters erzeugt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn zwischen den beiden Trägern in einem Bereich der beabstandet von den den jeweiligen Träger umfassenden Schalenelementen ein zweites Verbindungselement als zweite Querstrebe angeordnet ist.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn die zweite Querstrebe mit dem jeweiligen Träger verbunden ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugstruktur, wie eines Vorderwagens eines Kraftfahrzeugs,
2 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Vorderwagens von oben,
3 eine perspektivische Ansicht des Vorderwagens,
4 eine weitere perspektivische Ansicht Vorderwagens,
5 eine Ansicht zweier Träger mit einem Querträger im vorderen Bereich der angeordneten Schalenelemente,
6 eine perspektivische Ansicht der Anordnung der Träger nach 5, und
7 eine Ansicht eines Trägers mit den Schalenelementen und dem Querträger in einer Explosionsdarstellung.
Die 1 zeigt eine Fahrzeugstruktur 1 als Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Darstellung. Die Fahrzeugstruktur weist zwei im Wesentlichen parallele Träger 2, 3 auf, die endseitig an einem Element 4 der verbleibenden Fahrzeugkarosserie angebunden ist.
Die beiden Träger 2, 3 weisen einen vorderen Bereich 5, 7 und einen hinteren Bereich 6, 8 auf. Der hintere Bereich 6, 8 ist durch eine Materialdopplung 9 doppelwandig ausgebildet und damit verstärkt. Der vordere Bereich 5, 7 ist demgegenüber nicht verstärkt ausgebildet.
Die beiden Träger 2, 3 sind an ihrer Vorderseite mit einer Querstrebe 10 miteinander verbunden. Die beiden Träger 2, 3 sind weiterhin im vorderen Bereich der Materialdopplung 9 über einen Querträger 11 miteinander verbunden. Die Querstrebe 10 ist dabei als gerade Strebe, wie beispielsweise eine Platte ausgebildet, die sich zwischen den beiden Trägern 2, 3 erstreckt.
Der Querträger 11 ist dreiteilig ausgebildet und ist durch ein mittleres Teilstück 12 und zwei außenseitige Teilstücke 13, 14 ausgebildet. Dabei ist das mittlere Teilstück 12 im Wesentlichen senkrecht zu den Trägern 2, 3 angeordnet. Die beiden außenseitigen Teilstücke 13, 14 sind gegenüber dem mittleren Teilstück 12 und gegenüber den Trägern 2, 3 abgewinkelt. Dabei ist der Querträger etwa trapezförmig ausgebildet, wobei die kurze Seite des Trapezes in Fahrzeuglängsrichtung vorn angeordnet ist.
Die 1 zeigt den Vorderwagen in einer undeformierten Situation. Auch wird angedeutet, wie sich der Vorderwagen verformt, wenn er gegen ein Hindernis 15 stößt. Dabei wird die Querstrebe 10 nach innen deformiert, wobei die Träger 2, 3 im vorderen Bereich 5, 7 nach innen einknicken, siehe Pfeile 18, während die Träger 2, 3 im hinteren Bereich 6, 8 im Wesentlichen unverändert angeordnet sind und nicht deformiert sind. Auch der Querträger 11 ist im Wesentlichen undeformiert. Dadurch entsteht eine deformierbare Zone 16 des Vorderwagens und eine undeformierbare Zone 17 des Vorderwagens.
Die 2 bis 4 zeigen eine Fahrzeugstruktur 51 als Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs in verschiedenen Darstellungen. Die Fahrzeugstruktur 51, wie der Vorderwagen, weist zwei im Wesentlichen parallele Träger 52, 53 auf, die endseitig an einem Element der verbleibenden Fahrzeugkarosserie anbindbar sind.
Die beiden Träger 52, 53 weisen einen vorderen Bereich 55, 57 und einen hinteren Bereich 56, 58 auf. Der hintere Bereich 56, 58 ist durch eine Materialdopplung durch Schalenelemente 54 doppelwandig ausgebildet und damit verstärkt. Der vordere Bereich 55, 57 ist demgegenüber nicht verstärkt ausgebildet.
Die Schalenelemente 54 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass zwei Schalenelemente 54 den Träger 52, 53 im hinteren Bereich 56, 58 umgreifen mit diesem verbunden sind. Dabei sind die Schalenelemente 54 als Gussteile ausgebildet, welche den jeweiligen Träger 52, 53, welche bevorzugt als Strangpressteile ausgebildet sind, umgreifen und verstärken. An den Schalenelementen 54 sind über Ausleger 59 weitere Träger 60 verbunden, welche schräg zu den Trägern in Fahrzeuglängsrichtung nach vorn verlaufen. Zwischen diesen Trägern 60 ist zumindest eine weitere Strebe 62 verbunden
Zwischen den Trägern 52, 53 sind an der Vorderseite zwei Querstreben 63, 64 verbunden, die übereinander angeordnet sind. Diese Streben sind etwa plattenförmig ausgebildet.
Die beiden Träger 52, 53 sind weiterhin im vorderen Bereich der Materialdopplung über einen weiteren Querträger 61 miteinander verbunden. Der Querträger 61 ist dabei bevorzugt dreiteilig ausgebildet, welcher durch ein mittleres Teilstück und zwei außenseitige Teilstücke ausgebildet ist. Dabei ist das mittlere Teilstück im Wesentlichen senkrecht zu den Trägern 52, 53 und parallel zu den Querstreben 63, 64 angeordnet.
Die beiden außenseitigen Teilstücke sind gegenüber dem mittleren Teilstück und gegenüber den Trägern 52, 53 abgewinkelt. Dabei ist der Querträger 61 etwa trapezförmig ausgebildet, wobei die kurze Seite des Trapezes in Fahrzeuglängsrichtung vorn angeordnet ist.
Unterhalb des Querträgers 61 sind weitere Streben zwischen den Querstreben 63, 64 und weiteren Streben 65 oder den Trägern angeordnet. Dabei ist durch Vertikalstreben und Quer verlaufende Streben zwischen den Trägern eine Art Gitterstruktur gebildet.
Die 5 bis 7 zeigen eine Anordnung zweier im Wesentlichen parallel angeordneter Träger 52, welche von jeweils zwei Schalenelementen 54 in einem hinteren Teilbereich umgeben sind. Der Träger 52 ist dabei etwa hexagonal im Schnitt mit Innenrippen ausgebildet. Die Schalenelemente 54 stellen zwei Halbschalen dar, welche eine Kontur aufweisen, dass sie zusammengesetzt den Träger 52 aufnehmen können. Dabei sind die Schalenelementen 54 mit dem Träger 52 als auch miteinander verbunden. Von den Schalenelementen ragen Ausleger 59 ab, welche zur weiteren Befestigung der Schalenelemente dienen.
Zwischen den beiden Trägern 52, 53 ist ein Querträger 61 angeordnet, welcher an beiden Trägern 52, 53 angebunden ist, wobei die Anbindung im Bereich der Schalenelemente 54 vorgesehen ist.
Der Querträger 61 ist aus drei Teilstücken 80, 81, 82 gebildet. Dabei ist das mittlere Teilstück senkrecht zu den Trägern 52, 53 ausgerichtet. Die beiden außenseitigen Teilstücke 81, 82 sind gegenüber dem mittleren Teilstück als auch gegenüber den Trägern 52, 53 in einem Winkel angeordnet. Der Winkel beträgt dabei etwa 30° bis 60°, vorteilhaft etwa 45°.
Die Teilstücke 80, 81, 82 sind entweder miteinander verbunden ausgebildet, wie verschweißt oder einteilig miteinander ausgebildet, wie aus einem Teil durch Biegen hergestellt ist.
Dabei sind die Einzelteile der Teilstücke bei der‚ Herstellung durch Verbinden, wie Schweißen, vorteilhaft als Strangpressprofile oder ähnliches hergestellt, wobei die Einzelteile entsprechend geschnitten und aneinander angesetzt verschweißt sind. Dabei sind die außenseitigen Teilstücke 81, 82 auch mit den Schalenelementen verbunden, um eine stabilere Struktur zu schaffen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugstruktur
2: Träger
3: Träger
4: Element
5: vorderer Bereich
6: hinterer Bereich
7: vorderer Bereich
8: hinterer Bereich
9: Materialdopplung
10: Querstrebe
11: Querträger
12: Teilstück
13: Teilstück
14: Teilstück
15: Hindernis
16: Zone
17: Zone
51: Fahrzeugstruktur
52: Träger
53: Träger
54: Schalenelement
55: vorderer Bereich
56: hinterer Bereich
57: vorderer Bereich
58: hinterer Bereich
59: Ausleger
60: Träger
61: Querträger
62: Strebe
63: Querstrebe
64: Querstrebe
65: Strebe
80: Teilstück
81: Teilstück
82: Teilstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009041352 [0002]
DE 102010018691 A1 [0002]
DE 102009038893 A1 [0002]
DE 102010006669 A1 [0002]
WO 2012/163524 A2 [0002]
DE 102010018729 A1 [0002]
DE 102011012115 A1 [0002]

Claims

Fahrzeugstruktur (1, 51), wie insbesondere Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs, mit einer Mehrzahl von Trägern (2, 3, 52, 53) und Streben (10, 11, 62, 63, 64, 65), die miteinander zu einer Art Gitterstruktur verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querträger (11, 61) zwischen den beiden Längsträgern (2, 3, 52, 53) angeordnet und mit diesen verbunden ist, wobei der Querträger (11, 61) außenseitig jeweils ein zum Längsträger (2, 3, 52, 53) in einem vorgebbaren Winkel verlaufendes Teilstück (13, 14, 81, 82) aufweist, wobei diese Teilstücke(13, 14, 81, 82) mit einem mittleren Teilstück (12, 80) miteinander verbunden sind, welches etwa rechtwinklig zu den Längsträgern (2, 3, 52, 53) angeordnet ist.
Fahrzeugstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (11, 61) aus den drei Teilstücken (12, 13, 14, 80, 81, 82) zusammengesetzt ist, die miteinander verbunden sind oder der Querträger (11, 61) mit den drei Teilstücken (12, 13, 14, 80, 81, 82) einteilig ausgebildet ist.
Fahrzeugstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Teilstücke (12, 13, 14, 80, 81, 82) des Querträgers (11, 61) miteinander verschweißt sind.
Fahrzeugstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (121, 61) derart aus den drei Teilstücken (12, 13, 14, 80, 81, 82) zusammengesetzt oder einteilig ausgebildet ist, dass er eine Art Trapez bildet, wobei die kurze Seite des Trapezes in Fahrzeuglängsrichtung vorn liegt.
Fahrzeugstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Längsträger (2, 3, 52, 53) an einer Verbindungsstelle mit jeweils zwei Schalenelementen (54) verbunden sind.
Fahrzeugstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalenelemente (54) den Träger (2, 3, 52, 53) über einen Teil seiner Längserstreckung, wie insbesondere etwa hälftig, eine Doppelwand bildend umgreifen.
Fahrzeugstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schalenelemente (54) miteinander verbunden sind.
Fahrzeugstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (11, 61) ebenfalls mit einem der Schalenelemente (54) oder mit den Schalenelementen (54) verbunden ist.
Fahrzeugstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (11, 61) insbesondere ein Gussbauteil oder ein Strangpressprofil ist, der aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Eisen oder einer Eisenlegierung, Magnesium oder einer Magnesiumlegierung oder aus einen anderen Metall oder aus einer anderen Metalllegierung oder aus zumindest einem Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
Fahrzeugstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalenelement (54) ein Gussbauteil ist, das aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Eisen oder einer Eisenlegierung, Magnesium oder einer Magnesiumlegierung oder aus einen anderen Metall oder aus einer anderen Metalllegierung oder aus zumindest einem Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
Fahrzeugstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2, 3, 52, 53) insbesondere ein Gussbauteil oder ein Strangpressprofil ist, der aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Eisen oder einer Eisenlegierung, Magnesium oder einer Magnesiumlegierung oder aus einen anderen Metall oder aus einer anderen Metalllegierung oder aus zumindest einem Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
Fahrzeugstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei solche Träger ((2, 3, 52, 53) vorgesehen sind, die im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, wobei die beiden Träger (2, 3, 52, 53) mit zumindest einem Verbindungselement miteinander verbunden sind.
Fahrzeugstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Trägern in einem Bereich der beabstandet von den den jeweiligen Träger umfassenden Schalenelementen (54) ein zweites Verbindungselement als zweite Querstrebe (10, 63, 64) angeordnet ist.
Fahrzeugstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Querstrebe (10, 63, 64) mit dem jeweiligen Träger (2, 3, 52, 53) verbunden ist.