DE102017222225A1

DE102017222225A1 - Kraftfahrzeug mit Hilfsrahmen

Info

Publication number: DE102017222225A1
Application number: DE102017222225.5A
Authority: DE
Inventors: Marius Sawatzki; Daniel Meckenstock; Stefan Schneider; Dominik Müller
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2019-06-13
Anticipated expiration: 2037-12-09
Also published as: CN110001785A; US20190176891A1; DE102017222225B4; US10766539B2

Abstract

Es wird ein Kraftfahrzeug (10) mit einer Fahrgastzelle (12) und einem in Richtung einer Längsachse (X) vor der Fahrgastzelle (12) angeordneten Frontraum (13) bereitgestellt. Hierbei ist die Fahrgastzelle (12) von einer eine Schräge (16) aufweisenden Karosserie (14) umgeben. In dem Frontraum (13) ist ein Hilfsrahmen (17) angeordnet. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Hilfsrahmen (17) und der Schräge (16) in Richtung der Längsachse (X) ein Abstand (22) ausgebildet und in diesem Abstand ist ein Distanzstück (19) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrgastzelle, einem Frontraum und einem in dem Frontraum angeordneten Hilfsrahmen.
Im Stand der Technik ist aus der US 8 333 425 B2 eine Fahrzeugfrontstruktur bekannt, die ein Vorderseitenteil mit einem Trittabschnitt, der sich schräg nach unten in Richtung des Hecks erstreckt, ein Frontteil, das näher an der Front des Fahrzeugs als der Trittabschnitt angeordnet ist, und ein Heckteil, das näher am Heck des Kraftfahrzeugs als der Trittabschnitt angeordnet ist, und ein Hilfsrahmen, der unter dem Frontteil angeordnet ist und an dem Heckteil oder dem Trittabschnitt anliegt. Es ist ein Heckendabschnitt des Hilfsrahmens mit einem ersten Neigungsabschnitt ausgebildet, der schräg nach unten in Richtung des Hecks verläuft und an dem Frontteil anliegt, wobei das Frontteil mit einem zweiten Neigungsabschnitt ausgebildet ist, der an dem ersten Neigungsabschnitt anliegt. Der erste Neigungsabschnitt wird so gehalten, dass er relativ zu dem zweiten Neigungsabschnitt bewegbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit verbesserter Anordnung des Hilfsrahmens bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine Fahrgastzelle und einen in Richtung einer Längsachse vor der Fahrgastzelle angeordneten Frontraum. Die Fahrgastzelle ist von einer eine Schräge aufweisenden Karosserie umgeben. In dem Frontraum ist ein Hilfsrahmen angeordnet. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Hilfsrahmen und der Schräge in Richtung der Längsachse ein Abstand ausgebildet und in diesem Abstand ist ein Distanzstück angeordnet.
Mit der Anordnung des Distanzstücks wird erreicht, dass der Freiraum zwischen dem Hilfsrahmen und der Schräge einen für Crasheigenschaften günstigeren kleinen Wert aufweist. Die Crasheigenschaften, insbesondere für einen Frontalcrash sind somit verbessert. Zudem ermöglicht die vorliegende Erfindung den Einsatz von Hilfsrahmen, die einen relativ großen Abstand zur Karosserie aufweisen. Die Hilfsrahmen sind dadurch für eine größere Anzahl von Karosserievarianten verwendbar oder es sind andererseits zusätzliche Hilfsrahmenvarianten einsparbar. So wird eine kostengünstigere Fertigung verschiedener Kraftfahrzeugmodelle erreicht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs füllt das Distanzstück den Abstand zwischen dem Hilfsrahmen und der Schräge in Richtung der Längsachse zu wenigstens vier Fünfteln aus.
Damit ist der Abstand optimal ausgefüllt und der verbleibende Freiraum möglichst klein, ohne die Montagefähigkeit einzuschränken.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist das Distanzstück an der Schräge oder an dem Hilfsrahmen befestigt. Hierbei ist das Distanzstück insbesondere an die Schräge oder an den Hilfsrahmen geklebt, geschraubt geklippt oder geschweißt.
Mit der Befestigung an der Schräge ist deren Steifigkeit erhöht. Mit der Befestigung an dem Hilfsrahmen ist dieser verlängert.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist das Distanzstück aus dem gleichen Material wie die Schräge gefertigt.
Damit sind zumindest ähnliche Materialeigenschaften gegeben. Das Fügen des Distanzstücks an die Schräge kann dadurch vereinfacht sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs besteht das Distanzstück aus Vollmaterial oder aus gefülltem Material.
Damit ist eine möglichst hohe Steifigkeit des Distanzstücks erreicht. Die hohe Steifigkeit des Distanzstücks vermeidet ein Eingraben des Hilfsrahmens in das Distanzstück während eines Frontalaufpralls und ermöglicht so ein Abgleiten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist der Hilfsrahmen mittels eines Verbindungsteils mit der Schräge verbunden.
Mit dem Verbindungsteil ist ein zusätzlicher Haltepunkt für den Hilfsrahmen geschaffen. Es ist durch unterschiedlich ausgeführte Verbindungsteile ermöglicht, unterschiedlich ausgeführte Hilfsrahmen mit der Karosserie zu verbinden. Damit ist die Anzahl an Kombinationsmöglichkeiten von Hilfsrahmen und Karosserie erhöht.
Das Verbindungsteil ist insbesondere in der Weise als Sollversagensteil ausgebildet, dass eine entlang einer Hochachse nach unten gerichtete Bewegung des Hilfsrahmens nicht behindert ist. Hierbei ist das Verbindungsteil insbesondere für das Lösen des Hilfsrahmens in Richtung der Längsachse ausgebildet, wobei der Hilfsrahmen momentenfrei an dem Verbindungsteil abrutschen kann.
Damit unterstützt das Verbindungsteil die Abrutschbewegung des Hilfsrahmens im Falle eines Frontalaufpralls.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs weist das Distanzstück eine Berührungsfläche auf, die einer Kontaktfläche gegenübersteht, die an dem Hilfsrahmen oder an der Schräge angeordnet ist, wobei die Berührungsfläche und/oder die Kontaktfläche eine Gleitschicht aufweisen.
Damit ist ein Abgleiten des Hilfsrahmens zusätzlich gefördert.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der detaillierten Beschreibung und den Abbildungen ersichtlich. Die Erfindung wird anhand der Abbildungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer beispielhaften Ausgestaltung;
2 eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer ersten beispielhaften Ausgestaltung in einer ersten Situation;
3 eine Detailansicht des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs in einer zweiten beispielhaften Ausgestaltung in der ersten Situation; und
4 die Detailansicht der ersten Ausgestaltung in einer zweiten Situation.

In der 1 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in einer beispielhaften Ausgestaltung schematisch in einer X-Z-Ebene dargestellt. Die X-Z-Ebene ist aus einer Längsachse X und einer Höhenachse Z gebildet. Normal zu der X-Z-Ebene verläuft eine Querachse Y.
Das Kraftfahrzeug 10 umfasst eine Fahrgastzelle 12 und einem Frontraum 13. Die Fahrgastzelle 12 ist ein zur Unterbringung zumindest eines Fahrgastes von einer Karosserie 14 ausgebildeter Innenraum. Der Frontraum 13 ist frontseitig der Fahrgastzelle 12 angeordnet, also in der Längsachse X vor der Fahrgastzelle 12. Der Frontraum 13 ist insbesondere ein Motorraum, in dem ein Motor 11 angeordnet ist.
Zwischen dem Frontraum 13 und der Fahrgastzelle 12 ist bevorzugt eine Trennwand 15 angeordnet. Die Trennwand 15 trennt den Frontraum 13 von der Fahrgastzelle 12. Die Trennwand 15 ist auch als Spritzwand bekannt. Die Trennwand 15 ist Teil der Karosserie 14.
Unterhalb der Trennwand 15, also in der Höhenachse Z unter der Trennwand 15, ist eine Schräge 16 ausgebildet. Die Schräge 16 ist insbesondere eine Fläche eines nicht dargestellten Längsträgers, der im Wesentlichen längs der Längsachse X verläuft. Das Kraftfahrzeug 10 weist insbesondere zwei dieser Längsträger auf, einen auf der linken und einen auf der rechten Kraftfahrzeugseite. Die Schräge 16 ist Teil der Karosserie 14.
Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner einen Hilfsrahmen 17 auf, der zumindest zum Teil im Frontraum 13 angeordnet ist. Der Hilfsrahmen 17 ist insbesondere zur Aufnahme des Motors 11, eines Antriebteils oder eines Fahrwerkteils ausgebildet. Der Hilfsrahmen 17 ist erfindungsgemäß beabstandet zur Schräge 16 angeordnet, sodass zwischen der Schräge 16 und dem Hilfsrahmen ein Abstand 22 besteht. Der Abstand 22 ist in der X-Z-Ebene ausgebildet und umfasst zumindest einen Anteil in der Längsachse X.
Erfindungsgemäß ist in dem Abstand 22 ein Distanzstück 19 angeordnet, das auch als Body Spacer bezeichnet werden kann. Das Distanzstück 19 ist in der Weise ausgebildet, den Hilfsrahmen 17 bei einer Bewegung in Richtung der Längsachse X nach unten in negativer Richtung der Höhenachse Z zu drängen. Das Distanzstück 19 weist in der Längsachse X eine bestimmte Dicke auf. Dadurch wird der Freiraum in der X-Z-Ebene zwischen dem Hilfsrahmen 17 und der Schräge 16 zumindest verringert. Die Dicke ist insbesondere so ausgebildet, dass das Distanzstück 19 den Abstand 22 in Richtung der Längsachse X zu wenigstens einer Hälfte, insbesondere zu wenigstens vier Fünfteln ausfüllt. Das Distanzstück 19 weist eine derart hohe Steifigkeit auf, dass bei einer Bewegung des Hilfsrahmens 17 in Richtung der Längsachse X ein Eingraben des Hilfsrahmens 17 in das Distanzstück 19 vermieden und somit ein Abgleiten des Hilfsrahmens 17 von dem Distanzstück 19 ermöglicht ist.
Das Distanzstück 19 weist eine Montageseite 26 auf, mit der das Distanzstück 19 am übrigen Kraftfahrzeug 10 befestigt ist. Hierbei ist das Distanzstück insbesondere an der Schräge 16 befestigt. In dieser Weise ist es in den 2 und 4 dargestellt. Alternativ zur Befestigung an der Schräge 16 kann das Distanzstück 19 an dem Hilfsrahmen 17 befestigt sein. In dieser Weise ist es in der 3 dargestellt. Das Distanzstück 19 ist an der Montageseite 26 mittels Schweißen, Kleben, Schrauben oder Klippen befestigt.
Gegenüber der Montageseite 26 weist das Distanzstück 19 eine Berührungsfläche 20 auf. Diese Berührungsfläche 20 ist einer Kontaktfläche 21 zugewandt. Ist das Distanzstück 19 an der Schräge 16 befestigt, wie es in der 2 gezeigt ist, ist die Kontaktfläche 21 an dem Hilfsrahmen 17 ausgebildet. Ist das Distanzstück 19 an dem Hilfsrahmen 17 befestigt, wie es in der 3 gezeigt ist, ist die Kontaktfläche 21 an der Schräge 16 ausgebildet. Sowohl die Berührungsfläche 20 als auch die Kontaktfläche 21 sind für ein Abgleiten aneinander ausgebildet. So weisen beide Flächen 20, 21 eine hinreichende sich in Richtung der Querachse Y erstreckende Breite auf, sodass im Crashfall eine Berührung beider Flächen 20, 21 auf einer vordefinierten Breite erfolgen kann. Die Struktursteifigkeit beider Flächen 20, 21 ist in der Weise ausgebildet, dass sich die kontaktierenden Flächen 20, 21 im Crashfall nicht ineinander vergraben. Die Berührungsfläche 20 und/oder die Kontaktfläche 21 sind insbesondere mit einer Gleitschicht versehen. Die Gleitschicht ist hierbei durch eine vordefinierte Oberflächengüte hinsichtlich der Rauheit und/oder durch eine Beschichtung ausgebildet, die aus einem Material mit einem relativ niedrigen Haft- und Gleitreibwert besteht, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE). Durch die niedrige Reibung an der Kontaktstelle wird die Vertikalbewegung 25 minimalst reduziert.
Das Distanzstück 19 ist insbesondere aus dem gleichen Material wie die Schräge 16 oder der Hilfsrahmen 17 gebildet, also beispielsweise einem Stahl, insbesondere einem hochfesten Stahl. Bei einem steifen Material wie zum Beispiel Stahl weist das Distanzstück 19 eine angemessene Wandstärke auf und ist beispielsweise aus einem tiefgezogenen Blechteil gefertigt. Alternativ besteht das Distanzstück 19 aus Vollmaterial oder aus einem gefüllten Material. Das Füllmaterial kann dabei beispielsweise Metallschaum innerhalb eines relativ dünnwandigen Stahlblechs sein. Dabei wird ein leichtes Material gewählt, beispielsweise Kunststoff, Verbundstoff oder eine Aluminiumlegierung. Auch eine Schaumfüllung, beispielsweise Aluminiumschaum, ist denkbar.
Der Hilfsrahmen 17 kann zumindest neben anderen Verbindungsstellen auch an der Schräge 16 mit der Karosserie 14 verbunden sein. Dazu ist insbesondere ein Verbindungsteil 18 vorgesehen, welches den Hilfsrahmen 17 mit der Schräge 16 oder mit dem an der Schräge 16 befestigten Distanzstück 19 verbindet. Das Verbindungsteil 18 ist insbesondere als Sollversagensteil ausgebildet, in der Weise, dass es versagt oder sich löst, wenn der Hilfsrahmen 17 in Richtung der Längsachse X verschoben wird. Der Hilfsrahmen 17 kann momentenfrei an dem Verbindungsteil 18 abrutschen. Hiermit ist eine entlang der Hochachse Z nach unten gerichtete Bewegung des Hilfsrahmens 17 ermöglicht. Das Distanzstück 19 ist in der Weise ausgestaltet, dass es das Ablösen des Verbindungsteils 18 nicht behindert.
In der 4 ist die Funktionsweise des Distanzstücks 19 im Crashfall, mithin bei Einwirkung einer Kraft 23 in Richtung der Längsachse X, schematisch dargestellt. Die Funktionsweise gilt sowohl für die Befestigung des Distanzstücks 19 an der Schräge 16, als auch für die Befestigung des Distanzstücks 19 an dem Hilfsrahmen 17. Die Kraft 23 tritt beispielsweise bei einem Frontalcrash des Kraftfahrzeugs 10 auf. Wirkt am Hilfsrahmen 17 die Kraft 23 in Richtung der Längsachse X, dann ist die Bewegung des Hilfsrahmens 17 in Richtung der Längsachse X durch das Distanzstück 19 eingeschränkt. Das Distanzstück 19 bildet die Berührungsfläche 20 im spitzen Winkel zur Längsachse X aus. Die Berührungsfläche 20 ist der Kontaktfläche 21 zugewandt. Bewegt sich der Hilfsrahmen 17 in Richtung der Längsachse X so trifft die Kontaktfläche 21 auf die Berührungsfläche 20 des Distanzstücks 19. Durch die steife Ausgestaltung des Distanzstücks 19 wird der Hilfsrahmen 17 in eine Schrägbewegung 24 gedrängt. Die Schrägbewegung 24 verläuft etwa parallel zur Berührungsfläche 20, im gezeigten Beispiel auch parallel zur Schräge 16. Die Schrägbewegung 24 umfasst somit einen vertikalen Anteil, der hier als Vertikalbewegung 25 dargestellt ist. Mit dem Distanzstück 19 wird erreicht, dass der Hilfsrahmen 17 bei horizontal, mithin längs zur Längsachse X, einwirkender Kraft 23 in eine Vertikalbewegung 25 gezwungen wird. Ein Eindringen des Hilfsrahmens 17 in die Fahrgastzelle 12 wird so verhindert. Ein Versagen des Verbindungsteils 18 wird durch den Erhöhten Anteil an Zugkraft, bedingt durch den wachsenden Anteil an Vertikalbewegung 25, erleichtert.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
11: Motor
12: Fahrgastzelle
13: Frontraum
14: Karosserie
15: Trennwand
16: Schräge
17: Hilfsrahmen
18: Verbindungsteil
19: Distanzstück
20: Berührungsfläche
21: Kontaktfläche
22: Abstand
23: Kraft
24: Schrägbewegung
25: Vertikalbewegung
26: Montageseite
X: Längsachse
Z: Höhenachse
Y: Querachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8333425 B2 [0002]

Claims

Kraftfahrzeug (10) mit einer Fahrgastzelle (12) und einem in Richtung einer Längsachse (X) vor der Fahrgastzelle (12) angeordneten Frontraum (13), wobei die Fahrgastzelle (12) von einer eine Schräge (16) aufweisenden Karosserie (14) umgeben ist, und wobei in dem Frontraum (13) ein Hilfsrahmen (17) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hilfsrahmen (17) und der Schräge (16) in Richtung der Längsachse (X) ein Abstand (22) ausgebildet ist und dass in diesem Abstand ein Distanzstück (19) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei das Distanzstück (19) den Abstand (22) zwischen dem Hilfsrahmen (17) und der Schräge (16) in Richtung der Längsachse (X) zu wenigstens vier Fünfteln ausfüllt.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Distanzstück (19) an der Schräge (16) oder an dem Hilfsrahmen (17) befestigt ist.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 3, wobei das Distanzstück (19) an die Schräge (16) oder an den Hilfsrahmen (17) geklebt, geschraubt, geklippt oder geschweißt ist.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Distanzstück (19) aus dem gleichen Material wie die Schräge (16) gefertigt ist.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Distanzstück (19) aus Vollmaterial oder aus gefülltem Material besteht.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hilfsrahmen (17) mittels eines Verbindungsteils (18) mit der Schräge (16) verbunden ist.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 7, wobei das Verbindungsteil (18) in der Weise als Sollversagensteil ausgebildet ist, dass eine entlang einer Hochachse (Z) nach unten gerichtete Bewegung des Hilfsrahmens (17) nicht behindert ist.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Distanzstück (19) eine Berührungsfläche (20) aufweist, die einer Kontaktfläche (21) gegenübersteht, die an dem Hilfsrahmen (17) oder an der Schräge (16) angeordnet ist, wobei die Berührungsfläche (20) und/oder die Kontaktfläche (21) eine Gleitschicht aufweisen.