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Die Erfindung betrifft eine Vorderwagenstruktur für einen Personenkraftwagen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Vorderwagenstruktur ist bereits aus der
DE 10 2014 001 927 A1 bekannt und weist zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Längsträger auf, an welchen jeweilige Energieabsorptionselemente gehalten sind. Dabei sind die Energieabsorptionselemente in Fahrzeuglängsrichtung zumindest teilweise vor den Längsträgern angeordnet. Ferner umfasst die Vorderwagenstruktur eine Luftführungseinrichtung, welche wenigstens ein Verstellelement aufweist, das zwischen einer zumindest einen Teilbereich einer von Luft durchströmbaren Durchströmöffnung verschließenden Sperrstellung und wenigstens einer den Teilbereich freigebenden Offenstellung verstellbar ist.
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Aus der
US 8 287 036 B2 geht eine Vorderwagenstruktur eines Fahrzeugs hervor, welche in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandeten Längsträger aufweist, an welchen jeweilige Energieabsorptionselemente gehalten sind, an welchen wiederum ein Stoßfängerquerträger gehalten ist. Des Weiteren ist ein Rahmenelement vorgesehen, an dem ein Wasserkühler und ein Lüfter gehalten sind, wobei das Längs- und Querelemente aufweisende Rahmenelement zwischen den Längsträgern und gegenüber den Energieabsorptionselementen in Richtung einer Fahrgastzelle nach hinten versetzt angeordnet ist. Dem Wasserkühler ist über an der Fahrzeugfront vorgesehene Öffnungen Luft zuführbar. Ferner ist ein weiteres Querelement vorgesehen, welches unterhalb des Stoßfängerquerträgers angeordnet ist und über Haltekonsolen an den Energieabsorptionselementen befestigt ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorderwagenstruktur der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten aufweist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorderwagenstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorderwagenstruktur zeichnet sich dadurch aus, dass die Luftführungseinrichtung wenigstens ein Querelement aufweist, über welches die Energieabsorptionselemente miteinander verbunden sind. Über das sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Querelement sind die Energieabsorptionselemente, welche auch als Crashboxen bezeichnet werden, in Fahrzeugquerrichtung direkt miteinander verbunden, wodurch ein Zugverband beziehungsweise ein Unfall-Zugverband dargestellt ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Steifigkeit der Vorderwagenstruktur und somit eines Vorbaus des Personenkraftwagens realisiert werden, wobei die Steifigkeit durch die Querverbindung der Energieabsorptionselemente auf eine zusätzliche Fläche verteilt und somit homogenisiert ist.
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Das Querelement ist vorzugsweise als Querträger beziehungsweise Biegequerträger ausgebildet.
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Da die Energieabsorptionselemente über die Luftführungseinrichtung beziehungsweise über das Querelement der Luftführungseinrichtung miteinander verbunden sind, ist der Zugverband in die Luftführungseinrichtung integriert, so dass der Luftführungseinrichtung eine Unfallfunktion beziehungsweise Crashfunktion zukommt. Durch die Herstellung des Zugverbands kann insbesondere bei einer Frontkollision mit geringer Breitenüberdeckung ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten realisiert werden. Im Zuge einer solchen Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung kollidiert der Personenkraftwagen frontal mit einer Barriere, welche nicht die gesamte Breite, sondern lediglich einen Teil der Breite des Personenkraftwagens überdeckt. Eine solche Frontkollision mit geringer Breitenüberdeckung wird auch als Offset-Crash bezeichnet. Überdeckt die Barriere die Hälfte, das heißt 50 Prozent der Breite des Personenkraftwagens, so wird diese Überdeckung auch als 50 Prozent-Offset-Überdeckung bezeichnet. Im Rahmen einer solchen Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung sollen mittels der beispielsweise deformierbaren Barriere Inhomogenitäten im Vorbau des Personenkraftwagens detektiert werden.
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Die Seite des Kraftwagens, auf die die Barriere trifft, wird als stoßzugewandte Seite bezeichnet, wobei die der stoßzugewandten Seite abgewandte Seite des Kraftwagens, auf die die Barriere nicht trifft, als stoßabgewandte Seite bezeichnet wird. Durch die Querverbindung der Energieabsorptionselemente über das Querelement der Luftführungseinrichtung kann auch bei einer Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung die stoßabgewandte Seite des Kraftwagens aktiviert werden. Dies bedeutet, dass Unfallenergie von der stoßzugewandten Seite über die Querverbindung auf die stoßabgewandte Seite übertragen werden kann, so dass beispielsweise auch das Energieabsorptionselement und gegebenenfalls auch der das Energieabsorptionselement haltende Längsträger auf der stoßabgewandten Seite aktiviert und somit unter Energieverzehrung deformiert wird. Hierdurch kann ein Vorbau geschaffen werden, welcher sich bei einer solchen Frontalkollision homogener verhält als eine Vorderwagenstruktur beziehungsweise ein Vorbau ohne die Querverbindung. Mit anderen Worten können mittels der erfindungsgemäßen Vorderwagenstruktur auch bei einem Offset-Crash beide Energieabsorptionselemente und je nach Schwere des Anpralls auch beide die Energieabsorptionselemente haltenden Längsträger aktiviert und somit deformiert werden, obwohl nur eine Seite dieser Strukturen direkt durch die Barriere beaufschlagt beziehungsweise getroffen wird.
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Somit ist es möglich, mittels der Vorderwagenstruktur einen besonders hohen Anteil der Unfallenergie auch bei einer Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung abzubauen beziehungsweise zu absorbieren, woraus ein vorteilhaftes Unfallverhalten resultiert. Dieses vorteilhafte Unfallverhalten kann auf bauraumgünstige Weise und mit einer nur geringen Teileanzahl realisiert werden, da die Luftführungseinrichtung, insbesondere das Querelement der Luftführungseinrichtung, zur Querverbindung der Energieabsorptionselemente genutzt wird. Die Querverbindung der Energieabsorptionselemente über die Luftführungseinrichtung ist dabei möglich, ohne einen klassischen Biegequerträger einsetzen zu müssen, welcher ein hohes Gewicht und einen hohen Bauraumbedarf aufweist. Durch die Querverbindung der Energieabsorptionselemente über die Luftführungseinrichtung kann zudem eine vorteilhafte Durchströmbarkeit der Luftführungseinrichtung mit Luft realisiert werden, sodass beispielsweise ein Luftpfad für Kühlluft nicht übermäßig versperrt wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 ausschnittsweise und in perspektivischer Darstellung eine Vorderwagenstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform für einen Personenkraftwagen, mit einer zur Montage an der Vorderwagenstruktur vorgesehenen Luftführungseinrichtung;
- 2 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Vorderansicht auf die Vorderwagenstruktur gemäß der ersten Ausführungsform mit daran angebrachter Luftführungseinrichtung und
- 3 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Vorderansicht auf die Vorderwagenstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorderwagenstruktur eines Personenkraftwagens. Die Vorderwagenstruktur umfasst eine in 1 ausschnittsweise erkennbare, erste Trägerebene 10, welche zwei in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Längsträger umfasst. Von diesen Längsträgern der ersten, auch als mittlere Lastebene bezeichnete Trägerebene 10 ist gemäß der Darstellung der 1 nur der - bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung des Personenkraftwagens - linke Längsträger 12 erkennbar. Die folgenden Ausführungen zum linken Längsträger 12 sind ohne weiteres auch auf den in 1 nicht erkennbaren, rechten Längsträger der ersten Trägerebene 10 übertragbar.
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Aus 1 ist ersichtlich, dass der Längsträger 12 stirnseitig mit einem Energieabsorptionselement 14 verbunden ist, welches auch als Crashbox bezeichnet wird. Zumindest ein Längenbereich des Energieabsorptionselements 14 ist in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) beziehungsweise in Vorwärtsfahrtrichtung vor dem korrespondierenden Längsträger 12 angeordnet. Ferner umfasst die Vorderwagenstruktur einen sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Biegequerträger 16, welcher über die Energieabsorptionselemente der ersten Trägerebene 10 an die Längsträger der ersten Trägerebene 10 angebunden ist. Somit ist der auch als Stoßfänger-Biegequerträger bezeichnete Biegequerträger 16 über das Energieabsorptionselement 14 mit dem Längsträger 12 verbunden.
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Beispielsweise bei einer Frontalkollision des Personenkraftwagens werden unfallbedingten Lasten, das heißt Unfallenergie von dem Biegequerträger 16 aufgenommen und mittels des Biegequerträgers 16 in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) zu den Energieabsorptionselementen der ersten Trägerebene 10 geleitet. Infolge dieser Beaufschlagung der Energieabsorptionselemente der ersten Trägerebene 10 mit unfallbedingten Kräften werden die Energieabsorptionselemente der ersten Trägerebene 10 deformiert, wodurch zumindest ein Teil der Unfallenergie absorbiert beziehungsweise aufgenommen wird.
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Die Vorderwagenstruktur umfasst ferner eine zweite, auch als untere Lastebene bezeichnete Trägerebene 18, welche in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) unterhalb der ersten Trägerebene 10 angeordnet ist. Im fertig hergestellten Zustand des Personenkraftwagens umfasst die Vorderwagenstruktur beispielsweise drei in Fahrzeughochrichtung übereinander angeordnete Trägerebenen, von denen die Trägerebene 10 die mittlere Trägerebene und die Trägerebene 18 die unterste Trägerebene ist. Die oberste der drei Trägerebenen ist beispielsweise durch seitliche Kotflügelbänke gebildet, welche in Fahrzeughochrichtung oberhalb der Längsträger der Trägerebene 10 angeordnet sind.
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In der Trägerebene 18 sind zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Längsträger 20 und 22 angeordnet. Die Längsträger der Trägerebene 10, der Biegequerträger 16 und die Längsträger 20 und 22 der Trägerebene 18 sind beispielsweise Bestandteil des Rohbaus des Personenkraftwagens und bilden somit eine Rohbau-/Tragstruktur. Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorderwagenstruktur sind die Längsträger 20, 22 Bestandteil eines auch als Hilfsrahmen oder Fahrschemel bezeichneten Integralträgers, der in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) von unten an die Trägerebene 10 angebunden ist. Dabei umfasst der Integralträger mindestens einen Querträger 24, über welchen die Längsträger 20 und 22 miteinander verbunden sind. Vorzugsweise umfasst der Integralträger einen weiteren, in den Figuren nicht dargestellten zweiten, hinteren Querträger, über den die Längsträger 20, 22 miteinander verbunden sind. So ist zusammen mit dem vorderen Querträger 24 ein quasi geschlossener Rahmen gebildet.
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Die Vorderwagenstruktur umfasst ferner in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete und somit seitliche Energieabsorptionselemente 26 und 28, welche stirnseitig an den jeweiligen Längsträgern 20, 22 der unteren Trägerebene 18 angeordnet sind. Somit ist das Energieabsorptionselement 26 am Längsträger 20 und das Energieabsorptionselement 28 am Längsträger 22 angeordnet, so dass die Energieabsorptionselemente 26 und 28, welche auch als Crashboxen bezeichnet werden, der Trägerebene 18 zugeordnet sind. Zumindest jeweilige Längenbereiche der Energieabsorptionselemente 26 und 28 sind in Fahrzeuglängsrichtung beziehungsweise in Vorwärtsfahrtrichtung vor den jeweiligen Längsträgern 20 und 22 angeordnet. Somit können beispielsweise auch die Energieabsorptionselemente 26 und 28 bei einer Frontalkollision energieabsorbierend deformiert werden.
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In 1 ist erkennbar, dass von dem Biegequerträger 16 in Fahrzeughochrichtung nach unten Anbindungselemente 30 und 32 abstehen, über welche der Biegequerträger 16 mit den Energieabsorptionselementen 26 und 28 gekoppelt ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass zumindest ein Teil der auf den Biegequerträger 16 wirkenden Unfallenergie über die Anbindungselemente 30 und 32 auf die Energieabsorptionselemente 26 und 28 und damit lastebenenübergreifend übertragen wird, so dass auch die Energieabsorptionselemente 26 und 28 aktiviert, das heißt mittels der übertragenen Unfallenergie deformiert werden.
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Die Vorderwagenstruktur umfasst ferner eine im Ganzen mit 34 bezeichnete Luftführungseinrichtung. Die Luftführungseinrichtung 34 umfasst einen Rahmen 36, durch welchen eine von Luft durchströmbare Durchströmöffnung 38 begrenzt ist. Ferner umfasst die Luftführungseinrichtung 34 eine Mehrzahl von in Fahrzeugquerrichtung nebeneinander angeordneten Verstellelementen, welche vorliegend als Klappen 40 ausgebildet sind. Die jeweilige Klappe 40 ist relativ zu dem Rahmen 36 zwischen einer zumindest einen Teilbereich der von Luft durchströmbaren Durchströmöffnung 38 verschließenden Sperrstellung und wenigstens einer den jeweiligen Teilbereich freigebenden Offenstellung verstellbar, wobei vorliegend die jeweilige Klappe 40 relativ zu dem Rahmen 36 um eine Schwenkachse verschwenkbar ist. Dabei verläuft die Schwenkachse beispielsweise zumindest im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung. Ist der jeweilige Teilbereich durch die jeweils zugehörige Klappe 40 verschlossen, so kann keine Luft durch diesen verschlossenen Teilbereich hindurch strömen. Gibt die jeweilige Klappe 40 den jeweils zugehörigen Teilbereich frei, so kann Luft durch den jeweils freigegebenen Teilbereich hindurch strömen. Dadurch kann mittels der Klappen 40 eine Luftströmung durch die Durchströmöffnung 38 bedarfsgerecht eingestellt werden, so dass die Luftführungseinrichtung 34 auch als Luftregelsystem bezeichnet wird.
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Im vollständig hergestellten Zustand des Personenkraftwagens ist die Luftführungseinrichtung 34 beispielsweise in Vorwärtsfahrtrichtung vor wenigstens einem Kühler des Personenkraftwagens angeordnet, so dass beispielsweise zumindest ein Teilbereich des Kühlers in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne hin durch die Luftführungseinrichtung 34, insbesondere durch die Durchströmöffnung 38, überdeckt ist.
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Die die Durchströmöffnung 38 durchströmende Luft ist somit Kühlluft, die dem Kühler zugeführt werden kann. Der Kühler wird beispielsweise genutzt, um wenigstens eine Komponente, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben, des Personenkraftwagens zu kühlen. Die Komponente und der Kühler sind beispielsweise in einem Kühlkreislauf angeordnet, welcher von einem Kühlmedium, insbesondere Kühlflüssigkeit, durchströmbar ist. Infolge eines Wärmeübergangs von der Komponente an das Kühlmedium wird die Komponente gekühlt und das Kühlmedium erwärmt. Im Anschluss daran kann das Kühlmedium durch den Kühler strömen. Infolge eines Wärmeübergangs von dem Kühlmedium über den Kühler an den Kühler umströmende Luft wird das Kühlmedium wieder gekühlt. Da mittels der Luftführungseinrichtung 34 die Luftströmung, welche beispielsweise aus Fahrtwind und somit aus einer Vorwärtsfahrt des Personenkraftwagens resultiert, durch die Durchströmöffnung 38 einstellbar ist, kann die Versorgung des Kühlers mit Kühlluft bedarfsgerecht eingestellt werden. Dadurch ist auch eine Kühlleistung einstellbar.
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Um nun auf bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten der Vorderwagenstruktur realisieren zu können, weist die Luftführungseinrichtung wenigstens ein sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckendes Querelement 42 auf, über welches - wie besonders gut aus einer Zusammenschau von 1 mit 2 erkennbar ist - die der Trägerebene 18 zugeordneten Energieabsorptionselemente 26 und 28 direkt miteinander verbunden sind. Hierzu ist das zusätzlich zum Biegequerträger 16 vorgesehene Querelement 42 der Luftführungseinrichtung 34 zumindest mittelbar mit den jeweiligen Energieabsorptionselementen 26 und 28 verbunden, insbesondere verschraubt. Die Anbindung der Luftführungseinrichtung 34 und insbesondere des Querelements 42 an die Energieabsorptionselemente 26 und 28 ist in 1 durch Richtungspfeile veranschaulicht.
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Bei der ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Rahmen 36 in Vorwärtsfahrtrichtung vor dem Querelement 42 angeordnet und an dem Querelement 42 gehalten beziehungsweise befestigt ist, so dass beispielsweise der Rahmen 36 unter Vermittlung des Querelements 42 an die Energieabsorptionselemente 26 und 28 angebunden ist. Dabei ist die Vorwärtsfahrtrichtung in 2 durch einen Pfeil 44 veranschaulicht. Ferner ist auch besonders gut aus 2 erkennbar, dass die Luftführungseinrichtung 34 und somit insbesondere das Querelement 42 in Fahrzeughochrichtung unterhalb des Biegequerträgers 16 angeordnet und somit der Trägerebene 18 zugeordnet sind. Mittels des Querelements 42 und somit mittels der Luftführungseinrichtung 34 insgesamt ist eine Querverbindung der unteren Energieabsorptionselemente 26 und 28 dargestellt, wodurch ein Zugverband mittels der Luftführungseinrichtung 34 dargestellt ist. Die jeweilige Trägerebene 10 beziehungsweise 18 wird auch als Lastebene bezeichnet, da mittels dieser jeweiligen Lastebene unfallbedingte Lasten aufgenommen und absorbiert werden können. Bei der Vorderwagenstruktur ist die Luftführungseinrichtung 34 nun Bestandteil der durch die Trägerebene 18 gebildeten Lastebene, sodass der Luftführungseinrichtung 34 eine Unfallfunktion (Crash-Funktion) zukommt.
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Beispielsweise bei einer Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung, dem sogenannten Offset-Crash, kollidiert der Personenkraftwagen mit einer insbesondere deformierbaren Barriere, welche nicht die gesamte Breite, sondern lediglich einen Teil der Breite des Personenkraftwagens überdeckt. Durch die Realisierung des Zugverband können unfallbedingte Lasten von der stoßzugewandten Seite, auf der die Barriere auf den Kraftwagen auftrifft, über die Luftführungseinrichtung 34, insbesondere das Querelement 42, auf die stoßabgewandte Seite übertragen werden, so dass nicht nur das auf der stoßzugewandten Seite angeordnete Energieabsorptionselement 26 beziehungsweise 28, sondern auch das auf der stoßabgewandten Seite angeordnete Energieabsorptionselement 28 beziehungsweise 26 aktiviert, das heißt mit Unfallenergie beaufschlagt und dadurch deformiert wird. Dadurch können auch bei einer Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung beide Energieabsorptionselemente 26 und 28 zur Energieabsorption beitragen und genutzt werden.
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Auch bei einer Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung kommt es beispielsweise zu einer Deformation des geschaffenen, integrierten Zugverbands, welcher jedoch eine hinreichende Steifigkeit aufweist, um Unfallenergie von der stoßzugewandten Seite auf die stoßabgewandte Seite zu übertragen. Somit wird auch das auf der stoßabgewandten Seite angeordnete Energieabsorptionselement 28 beziehungsweise 26 deformiert, obwohl dieses im Gegensatz zu dem auf der stoßzugewandten Seite angeordneten Energieabsorptionselement 26 beziehungsweise 28 nichtfluchtend mit der Barriere angeordnet ist. Dadurch kann mittels der Vorderwagenstruktur, welche auch als Vorbaustruktur bezeichnet wird, eine bedeutsamer Teil an Unfallenergie durch Deformation der Tragstrukturelemente absorbiert werden. Durch die Realisierung des Zugverbands ist eine besonders gleichmäßige beziehungsweise homogene Energieaufnahme mittels der Vorderwagenstruktur realisierbar, wobei das Querelement 42 wie ein zusätzlicher Querträger wirkt.
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Um trotz der Querverbindung der Energieabsorptionselemente 26 und 28 eine vorteilhafte Versorgung des Kühlers mit Kühlluft sicherzustellen, ist das Querelement 42 überdeckungsfrei zum jeweiligen Teilbereich, insbesondere überdeckungsfrei zur Durchströmöffnung 38, angeordnet. Ferner ist es beispielsweise vorgesehen, dass der Rahmen 36 mittels des Querelements 42 verstärkt beziehungsweise ausgesteift ist.
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Aus 2 ist ersichtlich, dass das Querelement 43 stirnseitig an den Energieabsorptionselementen 26, 28 angebracht, vorzugsweise lösbar befestigt, insbesondere angeschraubt ist.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Vorderwagenstruktur. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Querelement 42 in Fahrzeuglängsrichtung beziehungsweise Vorwärtsfahrtrichtung vor dem Rahmen 36 angeordnet. Wie bei der ersten Ausführungsform ist auch bei der zweiten Ausführungsform der Rahmen 36 über das Querelement 42 an die Energieabsorptionselemente 26 und 28 angebunden. Wie bei der ersten Ausführungsform liegt auch bei der zweiten Ausführungsform das Querelement 42 als zusätzliches Strukturbauteil beziehungsweise als zusätzliche Strukturkomponente vor, welche jedoch in die Luftführungseinrichtung 34 integriert ist. Die Luftführungseinrichtung 34 stellt somit ein Gesamtbauteil dar, welches einen insbesondere direkten Kraftfluss zwischen den beiden unteren Energieabsorptionselementen 26 und 28 herstellt. Dadurch kann auch im Falle einer Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung Unfallenergie besonders homogen aufgenommen werden.
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In 3 ist auch der auf der rechten Seite angeordnete Längsträger 46 der Trägerebene 10 erkennbar. Ferner ist in 3 ausschnittsweise das dem rechten Längsträger 46 zugeordnete Energieabsorptionselement 48 erkennbar.
