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Die Erfindung betrifft einen Hilfsrahmen für einen Kraftwagen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Befestigungsanordnung eines solchen Hilfsrahmens an einem Rohbau eines Kraftwagens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Bekanntermaßen ist ein Hilfsrahmen in Form eines Integralträgers ein steifes Strukturelement des Fahrzeugs, welches unter anderem der Fahrwerk- und Motoraufhängung dient. Zudem ist es die Eigenschaft eines derartigen Integralträgers, Tragfunktionen des Kraftwagenrohbaus mit zu übernehmen. Bei einer Frontalkollision des Kraftwagens mit einem Hindernis wird der Integralträger üblicherweise nach hinten verschoben, bevor dieser einen entsprechenden Block bildet und unter anderem die negative Beschleunigung, welche auf die Fahrzeuginsassen wirkt, erhöhen kann.
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Um jedoch einen bestmöglichen Schutz für die Fahrzeuginsassen zu ermöglichen, werden Hilfsrahmen oder sonstige Strukturelemente benötigt, die zu Beginn des Unfallszenarios sehr steif sind und im weiteren Verlauf – wenn die Insassen von den Rückhaltesystemen abgebremst werden – möglichst weich reagieren. Aus diesem Grund ist es aus der
EP 2 143 962 B1 bereits bekannt, so genannte Sprengmuttern einzusetzen, bei welchen die hinteren Verbindungen zwischen Hilfsrahmen beziehungsweise Integralträger und Kraftwagenrohbau bei einer entsprechend hohen unfallbedingten Kraftbeaufschlagung gelöst werden. Allerdings sind derartige Sprengmuttern nicht nur sehr teuer und schwierig in der Handhabung, sondern überdies in ihrem Sprengverhalten relativ schwierig zu steuern.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Hilfsrahmen sowie eine Befestigungsanordnung eines derartigen Hilfsrahmens zu schaffen, welche ein verbessertes Unfallverhalten bei gleichzeitig einfacher Ausgestaltung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hilfsrahmen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Patentansprüche.
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Um einen Hilfsrahmen, insbesondere einen Integralträger, der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher ein verbessertes Unfallverhalten des Kraftwagens ermöglicht und darüber hinaus auf einfache Weise herstellbar beziehungsweise an dem Rohbau des Kraftwagens anbindbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest mehrere der Befestigungsöffnungen im Hilfsrahmen, die zur Durchführung von Befestigungsmitteln zur oberseitigen Fixierung des Hilfsrahmens am Fahrzeugrohbau dienen, einen zugeordneten randseitig offenen Bereich aufweisen, wodurch das jeweilige Befestigungselement bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Hilfsrahmens in Fahrzeuglängsrichtung relativ zur zugehörigen Befestigungsöffnung bewegbar ist. Unter dem offenen Bereich kann dabei entweder verstanden werden, dass die entsprechende Befestigungsöffnung zu einer Seite hin – insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin – vollständig offen ausgebildet ist, oder aber, dass die jeweilige Befestigungsöffnung als Langloch oder dergleichen Kulisse ausgebildet ist, so dass diese beziehungsweise der Hilfsrahmen in diesem Bereich relativ zum zugehörigen Befestigungselement in Fahrzeuglängsrichtung bewegbar ist. Im Ergebnis jedenfalls soll dadurch erreicht werden, dass bei unfallbedingter Kraftbeaufschlagung in einer ersten Phase des Unfallszenarios der Hilfsrahmen gemeinsam mit dem Rohbau eine relativ steife Struktur bildet, um den Insassen einen bestmöglichen Schutz zu gewährleisten, und im weiteren Verlauf des Unfallszenarios beziehungsweise zu einem späteren Zeitpunkt, wenn die Insassen von den Rückhaltesystemen abgebremst werden, die Gesamtstruktur bestehend aus den entsprechenden Rohbauteilen und dem Hilfsrahmen entsprechend weicher reagiert. Diese weichere Reaktion wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass durch eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung des Hilfsrahmen die Anbindungsstellen dadurch gelöst werden und der Hilfsrahmen dadurch vom Fahrzeugrohbau abgekoppelt wird, indem der Hilfsrahmen aus den Anbindungsstellen herausrutscht beziehungsweise geschoben/gedrückt wird. Dabei passieren die Befestigungselemente den randseitig offenen Bereich der Befestigungsöffnungen. Mit anderen Worten werden die Anbindungen des Hilfsrahmens beziehungsweise des Integralträgers so ausgeführt, dass sie bei einer definierten Last gezielt nachgeben, um so einen für den Insassenschutz optimalen Verzögerungspuls zu erzielen. Mit dieser Lösung kann zusätzlicher Deformationsweg als Crashlänge unter den gegebenen geometrischen Randbedingungen des Fahrzeugs generiert werden. Dabei kann im Rahmen der geometrisch verfügbaren freien Crashlänge zusätzlicher Deformationsweg im für die Insassen unkritischen Bereich erschlossen werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn jeweilige hintere Befestigungsöffnungen des Hilfsrahmens den offenen Bereich aufweisen. Somit können in einfacher Weise die hinteren Befestigungsöffnungen relativ zu den korrespondierenden Befestigungselementen bewegt werden, wenn eine entsprechend hohe Unfallkraft erreicht wird. Durch dieses Ausklinken wird gezielt Crashlänge gewonnen, um so einen für den Insassen schutzoptimalen Verzögerungspuls zu erreiche.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die den offenen Bereich aufweisenden Befestigungsöffnungen zu einer Seite hin, vorzugsweise in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin, offen ausgebildet sind. Hierdurch lässt sich die erwünschte Relativbewegung der jeweiligen Befestigungsöffnung zum zugehörigen Befestigungselement besonders einfach und kostengünstig erreichen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass sich die entsprechende Befestigungsöffnung nach vorne hin verbreitert. Somit kann auf besonders zuverlässige Weise eine Relativbewegung zwischen den jeweiligen Befestigungsöffnungen und den korrespondierenden rohbauseitigen Befestigungselementen erreicht werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die den offenen Bereich aufweisenden Befestigungsöffnungen an einem hinteren Querträger des Hilfsrahmens angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausgestaltung des Hilfsrahmens, wobei die Befestigungselemente vorzugsweise in einen Freiraum innerhalb des Hilfsrahmens ausweichen können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die den offenen Bereich aufweisenden Befestigungsöffnungen durch einen umlaufenden Flansch begrenzt sind. Ein solcher umlaufender Flansch ermöglicht eine besonders steife Anbindung des Hilfsrahmens und eine besonders gleichmäßige Relativbewegung zwischen den jeweiligen Befestigungsöffnungen und den korrespondierenden Befestigungselementen im Falle einer entsprechend hohen unfallbedingten Kraftbeaufschlagung.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Hilfsrahmens ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
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Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hilfsrahmen genannten Vorteile gelten in ebensolcher Weise für die Befestigungsanordnung gemäß Anspruch 9.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1a, 1b eine jeweilige, leicht perspektivische Vorderansicht auf die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung eines Hilfsrahmens in Form eines Integralträgers an einem Rohbau eines Personenkraftwagens, bei welcher der Hilfsrahmen im Bereich eines hinteren Querträgers mittels jeweiliger Befestigungselemente unter Vermittlung entsprechender Befestigungsöffnungen festgelegt ist, welche in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin jeweils offen ausgebildet sind;
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2 eine ausschnittsweise Unteransicht auf eine der beiden Befestigungsöffnungen am hinteren Querträger des Hilfsrahmens, welche in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin offen ausgebildet ist; und in den
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3a, 3b eine jeweilige ausschnittsweise Unteransicht der Befestigungsanordnung des Hilfsrahmens am Rohbau des Kraftwagens, wobei 3a die Befestigungsanordnung vor einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und 3b die Befestigungsanordnung nach einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zeigt.
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In den 1a und 1b ist jeweils in einer ausschnittsweisen Perspektivansicht von schräg vorne die Befestigungsanordnung eines Hilfsrahmens in Form eines Integralträgers 10 an einem Rohbau eines Personenkraftwagens dargestellt. Der Integralträger 10 umfasst vorliegend einen vorderen Querträger 12 und einen hinteren Querträger 14, welche über jeweilige seitliche Rahmenteile 18, 20 einstückig miteinander verbunden sind. Der Integralträger selbst kann dabei aus einer oder mehreren Teilschalen, vorliegend insbesondere aus Metallblech, gebildet sein.
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In einem vorderen Bereich ist der Integralträger 10 über jeweilige Rahmenteile 20, 22 unterseitig eines jeweils seitlich korrespondierenden Hauptlängsträgers 24 der Vorbaustruktur der Kraftwagenkarosserie befestigt. Im rückwärtigen Bereich ist der Integralträger 10 auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise über jeweilige Befestigungsöffnungen 26, 28 unter Vermittlung jeweiliger Befestigungselemente 30, 32 unterseitig jeweils seitlich korrespondierender Längsträger 34, 36 der Kraftwagenkarosserie festgelegt. Die Längsträger 34, 36 verlaufen dabei ausgehend von einem unteren Querträger 38, welcher einen Fahrzeugboden 40 nach vorne hin beziehungsweise eine Stirnwand 42 nach unten hin begrenzt, nach hinten hin. Es ist klar, dass diese Befestigungspunkte des Integralträgers 10 nur beispielhaft zu verstehen sind. Die Erfindung ist nämlich auch bei anderen Befestigungsstellen an der Personenkraftwagenkarosserie realisierbar, also beispielsweise auch dann, wenn sämtliche Befestigungsstellen im Bereich der Hauptlängsträger 24 vorgesehen sind.
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2 zeigt nun in einer ausschnittsweisen Unteransicht eine der Befestigungsöffnungen 26, 28, welche im Bereich des hinteren Querträgers 14 des Integralträgers 10 vorgesehen sind. Die Blickrichtung ist hier also in senkrecht zur Bildebene der 2 verlaufenden Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) und somit in Erstreckungsrichtung der Befestigungsöffnung 26, 28. Hierbei wird insbesondere erkennbar, dass die hinteren Befestigungsöffnungen 26, 28 einen jeweiligen offenen Bereich 44 aufweisen, durch beziehungsweise über welchen das jeweils korrespondierende Befestigungselement 30, 32 im Falle einer im Weiteren noch näher beschriebenen unfallbedingten Kraftbeaufschlagung durch eine crashbedingte Relativbewegung des Integralträgers entgegen der Fahrrichtung 53 des Fahrzeugs gegenüber dem mehr oder weniger ortsfest am Fahrzeugrohbau bleibenden Befestigungselement aus der jeweiligen Befestigungsöffnung heraus bewegbar ist. Im konkreten vorliegenden Fall wird dieser offene Bereich 44 dadurch gebildet, dass die jeweilige hintere Befestigungsöffnung 26, 28 in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin offen, insbesondere randoffen ausgebildet ist. Somit ergibt sich insgesamt eine im Wesentlichen U-förmige Kontur der Befestigungsöffnung.
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Außerdem ist aus 2 erkennbar, dass die jeweilige hintere Befestigungsöffnung 26, 28 durch einen umlaufenden Flansch 46 begrenzt beziehungsweise gebildet ist, über welchen beispielsweise ein oberes und unteres Schalenelement des Integralträgers 10 miteinander verbunden sind beziehungsweise welcher durch entsprechende Einprägung in die zugehörige Metallschale gebildet ist. Zudem ist insbesondere aus 2 erkennbar, dass sich die jeweilige Befestigungsöffnung 26, 28 nach vorne hin maulartig verbreitert.
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Die Wirkungsweise der Befestigungsöffnungen 26, 28 mit den zugehörigen Befestigungselementen 30, 32 soll nun anhand der 3a und 3b näher erläutert werden. Hierzu zeigt 3a in einer ausschnittsweisen Unteransicht die Befestigungsanordnung des Integralträgers 10 unterseitig der Kraftwagenkarosserie vor einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung. 3b zeigt hingegen eine Unteransicht der Befestigungsanordnung des Integralträgers nach einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung. Im vorliegenden Fall ist dabei der Lastfall erkennbar, bei welchem der Personenkraftwagen mit einer Barriere mit 100% Überdeckung kollidiert ist.
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Aus 3a ist dabei in Zusammenschau insbesondere mit den 1a und 1b zunächst erkennbar, dass hier der Integralträger 10 mittels der Klemmkraft der jeweiligen Befestigungselemente 30, 32 rohbauseitig festgelegt ist. Die Befestigungselemente 30, 32 sind vorliegend jeweils als ein Schraubelement mit einem Gewindeschaft beziehungsweise -bolzen 48, der mit einem Schraubenkopf 50 versehen ist, ausgebildet. Das Schraubelement wird zur Befestigung des Integralträgers in ein an einer rohbaufesten Haltekonsole 51 vorgesehenen Muttergewinde, insbesondere Gewindebohrung, eingeschraubt. Die jeweilige Haltekonsole 51 ist am Längsträger 34 beziehungsweise 36 angebracht. Somit wird der Integralträger im normalen Fahrbetrieb durch die Klemmkraft der jeweiligen Schraubelemente 30, 32 am Rohbau beziehungsweise an der Kraftwagenkarosserie gehalten.
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Alternativ zur vorstehend beschriebenen Ausgestaltung der Befestigungselemente 30, 32 kann die jeweilige Schraubverbindung auch so ausgebildet sein, dass direkt am Längsträger 34, 36 oder an der jeweiligen Haltekonsole 51 ein Gewindebolzen vorgesehen ist, der beispielsweise angeschweißt wird und der im montierten Zustand des Integralträgers die jeweilige Befestigungsöffnung 26, 28 durchgreift und auf den eine entsprechende Befestigungsmutter zur kraftschlüssigen Fixierung des Integralträgers am Fahrzeugrohbau aufgeschraubt wird.
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In 2 ist die Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs mit einem Pfeil 53 gekennzeichnet. Eine Unfallkraft, die gemäß 3b bei einer entsprechenden Totalkollision mit Vollüberdeckung mit einem Hindernis auftritt und die zumindest im Wesentlichen entgegengesetzt der Vorwärtsfahrrichtung 53 des Kraftfahrzeugs gerichtet ist, ist demzufolge höher als die Klemmkraft, die durch die jeweiligen Befestigungselemente 30, 32 auf den Integralträger 10 ausgeübt beziehungsweise in diesen eingetragen wird. Infolge des Übersteigens der Klemmkraft durch die entsprechend auf die Anbindungsstellen wirkende Unfallkraft lösen sich somit die hinteren Verbindungen beziehungsweise die kraftschlüssigen Fixierungen des Integralträgers im Bereich der Befestigungselemente 30, 32 beziehungsweise der Befestigungsöffnungen 26, 28 des Integralträgers 10, wodurch dieser in Fahrzeuglängsrichtung mit seinem hinteren Ende nach hinten, also entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs in Längsrichtung (x-Richtung) des Fahrzeugs verschoben wird. Die Verschiebung der vorderen Befestigungsstellen des Integralträgers 10 erfolgt dabei infolge der Frontalkollision beziehungsweise der Deformation der Vorbaustruktur.
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Bei einer entsprechend hohen Unfallkraft werden somit die Verbindungen der jeweiligen Befestigungselemente 30, 32 zur zugehörigen Befestigungsöffnung 26, 28 des Integralträgers 10 an dessen hinterem Querträger 14 gelöst, so dass – wie dies aus 3b erkennbar ist – der Integralträger nach hinten aus den Schraubverbindungen herausrutschen kann, ohne dass diese dazu zerstört werden müssen. Dabei werden die Befestigungselementen 30, 32 aus dem Integralträger beziehungsweise aus dessen Befestigungsöffnungen 26, 28 quasi ausgeklinkt.
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Dieses Ausklinken hat dabei folgenden Effekt: Während zu Beginn der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung durch die Befestigungsanordnung des Integralträgers 10 am Rohbau eine relativ steife Gesamtstruktur infolge der Anbindung an allen vier Anbindungsstellen erreicht wird, wird im weiteren Verlauf des Unfallszenarios beziehungsweise zu einem späteren Zeitpunkt des Unfalls, nämlich wenn die Insassen von den Rückhaltesystemen abgebremst werden, eine weichere Reaktion der Gesamtstruktur erreicht, indem sich der Integralträger im Bereich der hinteren Anbindungsstellen (Befestigungsöffnungen 26, 28/zugehörige Befestigungselemente 30, 32) vom Karosserierohbau löst.
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Hierdurch wird die in 3b erkennbare zusätzliche Crashlänge l in dem für die Insassen unkritischen Bereich erschlossen beziehungsweise gewonnen, um so einen für den Insassenschutz optimalen Verzögerungsimpuls zu erzielen. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass im weiteren beziehungsweise späteren Verlauf des Unfallszenarios die negativen Beschleunigungswerte nicht übermäßig ansteigen, welche für die Insassen entsprechend kritisch wären. Die Befestigungsanordnung ermöglicht somit einerseits – bei Beginn des Unfalls – einen bestmöglichen Schutz der Insassen und vermeidet anschließend eine Blockbildung des Integralträgers 10 beispielsweise mit der Stirnwandstruktur, indem das gezielte Ausklinken des Integralträgers 10 im Bereich seiner hinteren Befestigungsöffnungen 26, 28 mit den korrespondierenden Befestigungselementen 30, 32 erfolgt.
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Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass bei einer Frontalkollision des Fahrzeugs eine Blockbildung des Integralträgers nach einer vorbestimmten beziehungsweise vordefinierten Vorbaudeformation erfindungsgemäß dadurch vermieden wird, indem der Integralträger in seinem hinteren, Fahrgastzellen nahen Bereich an seinen rohbauseitigen Anbindungsstellen ausgeklinkt wird, ohne dass dazu die Anbindungsstellen, insbesondere die zur Anbindung des Integralträgers an den Fahrzeugrohbau vorgesehenen Befestigungsmittel zerstört werden müssen. Es wird lediglich die Kraftschlussverbindung zwischen Integralträger und den Befestigungsmitteln aufgehoben, indem der Integralträger aus den hinteren Anbindungsstellen herausrutscht beziehungsweise bedingt durch die Crashkräfte quasi herausgedrückt wird. Das gezielte Ausklinken des Integralträgers bei einer definierten Last ermöglicht die Realisierung eines für den Insassenschutz optimalen Verzögerungspulses.
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Bei einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des Hilfsrahmens ist vorgesehen, dass der mindestens einer der randseitig offenen Bereiche 44 im Hilfsrahmen zur jeweiligen Durchführung eines Befestigungselements 30, 32 zur Herstellung einer Anbindungsstelle des Hilfsrahmens am Fahrzeugrohbau nicht von vorneherein besteht, sondern sich erst bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Hilfsrahmens in Fahrzeuglängsrichtung durch eine Relativbewegung des Hilfsrahmens gegenüber dem jeweiligen Befestigungselement 30, 32 ausbildet. Das heißt also, dass hier die jeweilige Befestigungsöffnung 26, 28 im Ausgangszustand des Hilfsrahmens noch keinen randseitig offenen Bereich aufweist, der sich erst im Kollisionsfall durch aufreißen und/oder abreißen eines Teilrandbereichs der jeweiligen Befestigungsöffnung bildet. Zu diesem Zweck ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass nahe oder an der jeweiligen Befestigungsöffnung 26, 28 eine Sollbruch-, -knick- oder -biegestelle vorgesehen ist. Diese Ausgestaltung der so randseitig vorzugsweise geschwächten Befestigungsöffnung 26, 28 kann Vorteile bei der Montage des Hilfsrahmen am Fahrzeugrohbau haben. Wichtig ist, dass sich der erfindungsgemäße randseitig offene Bereich an der jeweiligen Befestigungsöffnung bei Überschreiten einer definierten, auf den Hilfsrahmen einwirkenden Last bildet, um so ein Herausrutschen des Hilfsrahmens aus der Anbindungsstelle, insbesondere Schraubverbindung, zu ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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