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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugfront gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
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Derartige Fahrzeugfronten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie weisen eine Motorraumstirnwand und einen Motorträger auf. Der Motorträger ist als tragendes Element der Fahrzeugkarosserie dazu ausgebildet, den Motor zu stützen. Er verläuft in Längsrichtung des Fahrzeugs und ist an der Motorraumstirnwand abgestützt. Die Motorraumstirnwand begrenzt den Motorraum nach hinten und dient zur Versteifung des Fahrzeugs.
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Der Motorträger erfüllt außerdem eine wichtige Funktion zur Absorption von Energie bei einem Frontalunfall, da er zur Knautschzone des Fahrzeugs gehört. Bei einem Frontalunfall überträgt die Motorraumstirnwand eine Kraft auf den Motorträger. Wenn die Verbindung zwischen der Motorraumstirnwand und dem Motorträger bestehen bleibt, wird durch die Deformation des Motorträgers besonders viel Energie absorbiert, wodurch die Fahrzeuginsassen geschützt werden. Daher wird die Motorraumstirnwand aus einem Metall gefertigt, um bei einem Frontalunfall plastisch verformbar zu sein, ohne dass die Verbindung mit dem Motorträger getrennt wird, indem die Motorraumstirnwand bricht. Diese Anforderung widerspricht einer möglichst steifen Ausgestaltung der Motorraumstirnwand im Normalbetrieb des Fahrzeugs zur Versteifung der Karosserie.
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Aus der
DE 69910 426 T2 ist bereits eine Fahrzeugfront bekannt, umfassend eine Motorraumstirnwand und zumindest einen Motorträger, wobei die Motorraumstirnwand mit dem Motorträger verbunden ist.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugfront mit einer steifer ausgebildeten und bei einem Frontalunfall plastisch verformbaren Motorraumstirnwand und ein Fahrzeug mit einer derartigen Fahrzeugfront zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeugfront gemäß Anspruch 1 und durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 6 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß umfasst die Motorraumstirnwand einen Metallabschnitt und einen Abschnitt aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff. Durch den Abschnitt aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff wird die Steifigkeit der Motorraumstirnwand erhöht. Gleichzeitig wird durch den Metallabschnitt sichergestellt, dass die Verbindung mit dem Motorträger bei einem Frontalunfall bestehen bleibt und sich die Motorraumstirnwand plastisch verformt, um Unfallenergie zu absorbieren. Falls die Motorraumstirnwand keinen Metallabschnitt aufweisen würde, würde sie bei einem Frontalunfall aufgrund der Sprödigkeit des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs brechen. Der Motorträger, und gegebenenfalls weitere am Motorträger angeordnete Energieabsorptionskomponenten, würde sich nicht weiter verformen, da auf ihn keine Kraft mehr durch die Motorraumstirnwand übertragen wird. Die Folge wäre, dass weniger Unfallenergie absorbiert wird.
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Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass im Normalbetrieb des Fahrzeugs die Motorraumstirnwand aufgrund des Abschnitts aus dem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff eine besonders hohe Steifigkeit aufweist. Beispielsweise kann dadurch das Gewicht der Motorraumstirnwand und/oder anderer Bauteile, die zur Steifigkeit des Fahrzeugs beitragen, verringert werden, was Kraftstoffersparnisse und eine bessere Beschleunigung des Fahrzeugs zur Folge hat.
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Dabei ist der Abschnitt aus dem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff mit einer ersten Fläche des Metallabschnitts verbunden. Der Motorträger ist mit einer zweiten Fläche des Metallabschnitts verbunden, die der ersten Fläche gegenüber liegt. Auf diese Weise kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden werden, dass die Verbindung zwischen der Motorraumstirnwand und dem Motorträger bei einem Frontalunfall bestehen bleibt und Unfallenergie absorbiert wird.
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Der Abschnitt aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff ist vom Motorraum weg gerichtet und der Metallabschnitt zum Motorraum hin gerichtet. Auch auf diese Weise kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, dass die Verbindung zwischen der Motorraumstirnwand und dem Motorträger bei einem Frontalunfall bestehen bleibt und Unfallenergie absorbiert wird.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung können der Metallabschnitt und der Abschnitt aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff miteinander verbunden sein. Es kann sich beispielsweise um eine stoffschlüssige Verbindung handeln (z. B. eine Klebeverbindung).
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Bei einem Frontalunfall bricht bei einer bestimmten Krafteinwirkung auf die Motorraumstirnwand die Verbindung des Metallabschnitts mit dem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff aufgrund der Sprödigkeit des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs. Die Verbindung mit dem Motorträger bleibt jedoch mittels des Metallabschnitts weiterhin bestehen, da der Metallabschnitt plastisch verformt wird. Es wird also eine Kraft auf den Motorträger übertragen, die den Motorträger verformt, wodurch Unfallenergie absorbiert wird, auch wenn die Verbindung zwischen dem Abschnitt aus dem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff und dem Metallabschnitt aufgrund der Sprödigkeit des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs bricht.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Motorträger mit dem Metallabschnitt verbunden sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, damit bei einem Frontalunfall Energie durch die plastische Verformung des Motorträgers und der Motorraumstirnwand, auch wenn die Verbindung des Metallabschnitts mit dem Abschnitt aus dem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff gebrochen ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Abschnitt aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff schichtartig ausgebildet sein. Unter dem Begriff „schichtartig” wird dabei hier insbesondere verstanden, dass er aus einer oder mehreren Schichten bestehen kann und im Vergleich mit seiner Breite und Länge eine relativ geringe Dicke aufweist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Abschnitt aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff zumindest eine unidirektionale Schicht umfassen. Unter einer unidirektionalen Schicht wird dabei insbesondere eine Schicht verstanden, in welcher mindestens 90% der Kohlenstofffasern in einer einzigen Richtung orientiert sind. Derartige Schichten erhöhen die Steifigkeit der Motorraumstirnwand in besonderem Maße.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile die selben Bezugszeichen verwendet. Darin zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht einer Fronteinheit aus dem Stand der Technik;
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2 eine schematische Draufsicht einer Fronteinheit nach einer Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine schematische Draufsicht der Fronteinheit aus 2 bei einer Kollision mit einem Hindernis; und
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4 eine schematische Draufsicht der Fronteinheit aus 2 mit auseinandergebrochenen Abschnitten.
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In 1 ist eine Fahrzeugfront mit einem Motorträger 100 und einer Motorraumstirnwand 101 dargestellt, die miteinander verbunden sind. Die Motorraumstirnwand 101 begrenzt einen Motorraum, in dem ein Motorblock 102 angeordnet ist, der durch den Motorträger 100 gestützt wird. Außerdem ist in 1 schematisch ein Schweller 103, eine Bodengruppe 104 und ein Hinterwagen 105 dargestellt.
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Das Fahrzeug bewegt sich mit einer Geschwindigkeit v0 auf ein Kollisionsobjekt 106 (beispielsweise eine Wand, eine Mauer oder ein anderes Fahrzeug) zu. Bei einem Unfall wird auf den Motorträger 100 durch die Motorraumstirnwand 101 eine Kraft übertragen, sodass der Motorträger 100 so lange plastisch verformt wird, bis der Motorblock 102 das Kollisionsobjekt 106 erreicht. Der Motorblock 102 wird bei einem Frontalunfall nicht oder nur wenig verformt, da er besonders stabil ist. Außerdem können weitere energieabsorbierende Komponenten vorgesehen sein, die mit dem Motorträger 100 verbunden sind und ebenfalls plastisch oder elastisch verformt werden, um Unfallenergie zu absorbieren.
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Wenn der Motorblock 102 das Kollisionsobjekt 106 erreicht hat, wird die Motorraumstirnwand 101 plastisch verformt. Dabei wird weiterhin eine Kraft auf den Motorträger 100 ausgeübt, der ebenfalls weiter plastisch verformt wird. So steht ein zusätzlicher Deformationsweg zur Energieabsorption zur Verfügung, selbst wenn der Motorblock 102 bereits das Kollisionsobjekt 106 erreicht hat.
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Die in 2 dargestellte Fahrzeugfront umfasst ebenfalls einen Motorträger 100. Außerdem sind ein Motor 102, ein Schweller 103, eine Bodengruppe 104 und ein Hinterwagen 105 schematisch stark vereinfacht dargestellt.
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Die Fahrzeugfront umfasst außerdem eine Motorraumstirnwand 200, die einen Metallabschnitt 201 und einen Abschnitt 202 aus einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff umfasst. Der Metallabschnitt 201 und der Abschnitt 202 sind miteinander verklebt. Der Motorträger 100 ist mit dem Metallabschnitt 201 verbunden, während der Abschnitt 202 mit der Bodengruppe 102 verbunden ist. Der Abschnitt 202 kann beispielsweise als eine sogenannte unidirektionale Schicht ausgebildet sein, in der zumindest 90% der Kohlenstofffasern in einer Richtung ausgerichtet sind. So wird die Steifigkeit der Motorraumstirnwand 200 besonders hoch. Beispielsweise kann der Abschnitt 202 als Klebeband auf dem Metallabschnitt 201 angebracht sein.
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Während des normalen Betriebs des Fahrzeugs erhöht der Abschnitt 202 aufgrund der hohen Steifigkeit des kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs die Steifigkeit des Fahrzeugs. Außerdem hat der kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff den Vorteil, dass er leichter als ein vergleichbarer Abschnitt aus Metall ist.
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Die Fahrzeugfront bewegt sich mit der Geschwindigkeit v0 auf ein Kollisionsobjekt 106 zu. In 2 ist der Zustand dargestellt, dass die Kollision bereits stattgefunden hat und der Motorträger 100 und gegebenenfalls weitere energieabsorbierende Komponenten, die mit dem Motorträger 100 verbunden sein können, bereits so weit plastisch verformt wurde, dass der Motor 102 das Kollisionsobjekt erreicht hat. Der Motor wird normalerweise bei einem Frontalunfall nicht oder nur vernachlässigbar wenig plastisch verformt.
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Wenn die Unfallenergie noch nicht durch die plastische Verformung des Motorträgers 100 und gegebenenfalls weiterer Komponenten der Knautschzone absorbiert wurde, wird – wie in 3 dargestellt – die Motorraumstirnwand 200 verformt. Bis zu einem gewissen Grad kann die Motorraumstirnwand 200 verformt werden, ohne dass die Verbindung zwischen dem Metallabschnitt 201 und dem Abschnitt 202 aufbricht. Während dieser Phase bleibt die Verbindung des Metallabschnitts 201 mit dem Motorträger 100 bestehen, sodass weiterhin Kraft auf den Motorträger 100 übertragen wird, die ihn plastisch verformt, wodurch Energie absorbiert wird.
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In 4 ist dargestellt, dass die Verbindung zwischen dem Metallabschnitt 201 und dem Abschnitt 202 an einer Bruchstelle 400 im Bereich der Verbindung mit dem Motorträger 100 aufbricht. Die Verbindung bricht, weil der kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff des Abschnitts 202 eine sehr viele höhere Sprödigkeit aufweist als der Metallabschnitt 201. Daher würde sich eine Motorraumstirnwand alleine aus dem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff nicht dazu eignen, viel Energie bei einem Unfall zu absorbieren.
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Aufgrund der plastischen Verformbarkeit des Metallabschnitts 201 bleibt die Verbindung der Motorraumstirnwand 200 mit dem Motorträger 100 bestehen, sodass auf den Motorträger 100 weiterhin eine Kraft wirkt, die ihn verformt. Im Bereich des Motors 102 bleibt die Verbindung zwischen dem Abschnitt 202 und dem Metallabschnitt 201 bestehen, sodass aufgrund der Geschwindigkeit des Fahrzeugs eine Kraft von der Bodengruppe über den Abschnitt 202 und den Metallabschnitt 201 auf den Motorträger 100 ausgeübt wird. Daher wird weiterhin Unfallenergie absorbiert, obwohl die Verbindung des Abschnitts 202 mit dem Metallabschnitt 201 bereits an der Bruchstelle 400 gebrochen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Motorträger
- 101
- Motorraumstirnwand
- 102
- Motorblock
- 103
- Schweller
- 104
- Bodengruppe
- 105
- Hinterwagen
- 106
- Kollisionsobjekt
- 200
- Motorraumstirnwand
- 201
- Metallabschnitt
- 201
- Abschnitt aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff
- 400
- Bruchstelle
