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Die Erfindung betrifft eine Vorbaustruktur für einen Personenkraftwagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei bisher bekannten Vorbaustrukturen sind jeweilige Längsträger einer mittleren Längsträgerebene, welche gelegentlich auch als Motorträger bezeichnet werden, vorgesehen, welche nach hinten hin an Strukturelementen der Fahrgastzelle des Kraftwagens abgestützt und befestigt sind. Bislang werden dabei Längsträger eingesetzt, welche mit einem zumindest annähernd konstanten Profilquerschnitt ausgebildet sind und sich im hinteren Bereich an der vorderen Stirnwand als entsprechendes Strukturelement der Fahrgastzelle des Kraftwagens abstützen.
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Die
DE 10 2010 050 824 A1 offenbart eine Querträgeranordnung an einer Fahrzeugkarosserie, mit einem sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Querträger, an dem sich in einem definierten Längsträger-Abstützbereich wenigstens ein mit Kraft beaufschlagbarer und sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Längsträger abstützt.
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Der
DE 698 03 053 T2 ist ein Motorfahrzeug als bekannt zu entnehmen, mit einem Motor und einer Körperstruktur, die zum Tragen des Motors ausgelegt ist.
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Weiterhin offenbart die
DE 196 32 712 C2 einen Karosserievorderbau für ein Kraftfahrzeug. Aus der
DE 195 44 424 A1 ist eine Rahmenstruktur bekannt. Des Weiteren offenbart die
DE 43 04 920 A1 einen Vorderwagen für ein Kraftfahrzeug. Des Weiteren ist der
DE 32 43 756 A1 ein selbsttragender Aufbau für Kraftwagen als bekannt zu entnehmen. Schließlich offenbart die
DE 199 53 382 B4 eine Fahrzeugkarosserie, mit einer Zelle und einem damit verbindbaren, vormontierbaren Vorbaumodul.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorbaustruktur der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher sich eine verbesserte Abstützung des jeweiligen Längsträgers an den entsprechenden Strukturelementen der Fahrgastzelle realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorbaustruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Günstige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die erfindungsgemäße Vorbaustruktur zeichnet sich dadurch aus, dass die jeweiligen Längsträger der mittleren Längsträgerebene an ihren hinteren Enden, welche den Strukturelementen der Fahrgastzelle zugewandt sind, eine mehrbeinige Trägerstruktur mit jeweiligen Trägerteilen aufweisen, über welche der jeweilige Längsträger in die zugehörigen Strukturelemente der Fahrgastzelle übergeht. Demnach ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die jeweiligen Längsträger am hinteren Ende in mehrere Trägerteile aufzugabeln beziehungsweise aufzuteilen, um somit die mehrbeinige Trägerstruktur zu schaffen, welche mit den jeweiligen Trägerteilen in die korrespondierenden Strukturelemente auf Seiten der Fahrgastzelle übergeht. Über die jeweiligen Trägerteile können somit Kräfte auf verbesserte Weise zu speziellen Strukturelementen der Fahrgastzelle geleitet werden, um somit eine möglichst günstige Abstützung des jeweiligen Längsträgers an der Fahrgastzelle zu erhalten. Ein wesentlicher Vorteil ist hierbei, dass infolge eines nicht-stumpfen Einlaufens des jeweiligen Längsträgers in die vordere Stirnwand ein übermäßig hoher dortiger Momenteneintrag und damit einhergehend auch ein Momenteneintrag in darunter angeordnete Bodenblechteile vermieden werden, um beispielsweise das Risiko einer Beschädigung eines im Unterflurbereich der Fahrgastzelle angeordneten Energiespeichers zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß ist im Bereich der mehrbeinigen Trägerstruktur des jeweiligen Längsträgers eine obere Strebenanordnung über jeweilige Streben abgestützt, bei welcher jeweilige Dämpferdome über eine Querstrebe miteinander verbunden und über jeweilige Streben an der jeweiligen dahinter angeordneten Türsäule abgestützt sind. Eine derartige Strebenanordnung ermöglicht eine zusätzliche, besonders günstige Aufnahme von den Kräften, beispielsweise bei einer Frontalkollision des Kraftwagens sowie beispielsweise auch das Abfangen eines jeweiligen Vorderrades, welches infolge einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung nach hinten verlagert wird.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn einer der Trägerteile des jeweiligen Längsträgers in einen Seitenschweller als Strukturelement der Fahrgastzelle übergeht. Somit können erheblich Kräfte, beispielsweise bei einer Frontalkollision des Kraftwagens, über den jeweiligen Trägerteil in den seitlich korrespondierenden Seitenschweller eingeleitet werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung geht einer der Trägerteile des jeweiligen Längsträgers in eine Türsäule als Strukturelement der Fahrgastzelle über. So können entsprechende Kräfte, beispielsweise auf halber Höhe der Stirnwand des Kraftwagens, in die seitlich dieser Stirnwand angeordnete Türsäule eingeleitet werden, welche infolge der sehr stabilen Ausgestaltung eine optimale Abstützung dieses Trägerteils ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Abstützung des entsprechenden Trägerteils auf derjenigen Höhe der Türsäule erfolgt, auf welcher ein Scharnier für eine Seitentür des Kraftwagens an die Türsäule angebunden ist.
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Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn einer der Trägerteile des jeweiligen Längsträgers in einen Stützträger einer vorderen Stirnwand als Strukturelement der Fahrgastzelle übergeht. Der Stützträger verbindet dabei etwa auf halber Höhe der Stirnwand die beiden Längsträger miteinander, sodass über diese Verbindung Kräfte in optimaler Weise abgefangen werden können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass einer der Trägerteile des jeweiligen Längsträgers in einen Bodenträger als Strukturelement der Fahrgastzelle übergeht. Somit können Kräfte auch auf besonders günstige und zuverlässige Weise in den Fahrzeugboden eingeleitet werden, ohne dass es hierbei zu Beschädigungen beispielsweise eines Unterflur-Energiespeichers unterhalb der Fahrgastzelle kommen kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Trägerteile der mehrbeinigen Trägerstruktur des jeweiligen Längsträgers über Zwischenwände miteinander verbunden sind. Somit können Kräfte, welche über die unterschiedlichen Trägerteile der mehrbeinigen Trägerstruktur nach hinten abgeleitet werden, auch in optimaler Weise unter Vermittlung der jeweiligen Zwischenwände auf die anderen Trägerteile der mehrbeinigen Trägerstruktur übertragen werden.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn im Bereich der mehrbeinigen Trägerstruktur des jeweiligen Längsträgers ein Querträger zwischen den beiden Längsträgern verläuft. Auch hierüber können Unfallkräfte beispielsweise auf besonders günstige Weise zwischen den beiden Längsträgern verteilt werden.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1a, 1b jeweilige Perspektivansichten auf eine Vorbaustruktur für einen Personenkraftwagen mit jeweiligen Längsträger einer mittleren Längsträgerebene, welche an ihren jeweiligen hinteren, zugeordneten Strukturelementen der Fahrgastzelle zugewandten Enden eine mehrbeinige Trägerstruktur mit jeweiligen Trägerteilen aufweisen, über welche der jeweilige Längsträger in die zugehörigen Strukturelemente der Fahrgastzelle übergeht;
- 2 eine ausschnittsweise Perspektivansicht auf die Vorbaustruktur gemäß den 1a und 1b;
- 3 eine perspektivische und ausschnittsweise Ansicht auf die Vorbaustruktur mit Blickrichtung aus der Fahrgastzelle des Kraftwagens,
- 4 eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Vorbaustruktur gemäß den 1 a bis 3 vor einer Kollision mit einem Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung, und
- 5 eine weitere ausschnittsweise Draufsicht auf die Vorbaustruktur gemäß den 1 a bis 4, ebenfalls bei einer bevorstehenden Kollision mit einem Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung.
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In 1a und 1b ist in einer jeweiligen ausschnittsweisen Perspektivansicht von schräg von unten beziehungsweise schräg vorne eine Vorbaustruktur für einen Personenkraftwagen dargestellt. Bei dem Personenkraftwagen handelt es sich insbesondere um ein batterieelektrisches Fahrzeug mit einem vollständig elektrischen Antrieb (BEV) oder um ein Hybridfahrzeug mit einem Hybridantrieb.
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Die Vorbaustruktur umfasst vorliegend zwei Längsträger 1, 2 (Motorträger), welche sich auf Höhe einer mittleren Längsträgerebene erstrecken. Am vorderen Ende der beiden Längsträger 1, 2 ist - wie dies im Weiteren in einer ausschnittsweisen Draufsicht in 4 erkennbar ist - ein Stoßfängerquerträger 3 unter Vermittlung jeweiliger Energieabsorptionselemente 4 abgestützt. Nach hinten hin sind die beiden Längsträger 1, 2 an im weiteren noch näher erläuterten Strukturelementen einer Fahrgastzelle 5 des Kraftwagens abgestützt und befestigt. Hierzu umfasst jeder der Längsträger 1, 2 an seinem hinteren, den Strukturelementen der Fahrgastzelle 5 zugewandten Ende eine mehrbeinige Trägerstruktur 6, welche vorliegend jeweils vier Trägerteile 7, 8, 9, 10 umfasst.
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Über den unteren äußeren Trägerteil 7 geht hierbei der jeweilige Längsträger 1, 2 in einen Seitenschweller 11 der Fahrgastzelle 5 über, beziehungsweise der Trägerteil 7 schließt sich in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne an einen vorderen Endbereich des Seitenschwellers 11 an, wobei der Endbereich an ein davor angeordnetes Radhaus für ein Vorderrad 12 angrenzt.. Der Trägerteil 7 erstreckt sich dabei bogenförmig vorderseitig einer Stirnwand 13 der Fahrgastzelle 5, welche diese von der Vorbaustruktur unterteilt.
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Ein äußerer oberer Trägerteil 8 der Trägerstruktur 6 des jeweiligen Längsträgers geht - wie dies insbesondere aus einer Zusammenschau von 1b sowie 2 und 3 hervorgeht - in eine Türsäule 14 als Strukturelement der Fahrgastzelle 5 über, und zwar etwa auf halber Höhe der Stirnwand 13. Die jeweilige Türsäule 14 begrenzt dabei seitlich die Stirnwand 13. Der innenseitig oben des jeweiligen Längsträgers 1, 2 verlaufende Trägerteil 9 geht - wie dies insbesondere aus 2 erkennbar ist - in einen Stützträger 15 der vorderen Stirnwand 13 über, welcher mit dem Längsträger 1, 2 auf der gegenüberliegenden Seite verbunden ist beziehungsweise welcher auf der gegenüberliegenden Seite in das identische Trägerteil 9 übergeht.
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Schließlich ist der Trägerteil 10 in einem jeweiligen inneren unteren Bereich der entsprechenden Trägerstruktur 6 des zugeordneten Längsträgers 1, 2 vorgesehen, welcher - wie dies insbesondere aus den 1a, 2 und 3 erkennbar ist - in einen Bodenträger 16 übergeht.
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Somit ist insgesamt erkennbar, dass der jeweilige Längsträger 1, 2 an seinem hinteren Ende eine hier vierbeinige Trägerstruktur 6 mit den Trägerteilen 7 bis 10 aufweist, über welche der jeweilige Längsträger 1, 2 großformatig an den dahinterliegenden Strukturelementen, nämlich den jeweiligen Seitenschweller 11, der jeweiligen Türsäule 14, dem jeweiligen Stützträger 15 beziehungsweise dem jeweiligen Bodenträger 16 abgestützt ist. An dieser Stelle sei jedoch ausdrücklich erwähnt, dass die Erfindung nicht auf eine vierbeinige Trägerstruktur 6 begrenzt ist. In einer Ausführungsform kann beispielsweise eine dreibeinige Trägerstruktur vorgesehen sein, wobei beispielsweise auf den Trägerteil 9 zur Verbindung mit dem Stützträger 15 verzichtet wird.
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Eine weitere Besonderheit der jeweiligen Trägerstruktur 6 besteht darin, dass die einzelnen Trägerteile 7 bis 10 untereinander über jeweilige Zwischenwände verbunden sind. Mit anderen Worten gabeln sich die jeweiligen Trägerteile 7 bis 10 hier nicht als separate Teile aus dem jeweiligen Längsträger 1, 2 auf, sondern die jeweiligen Trägerstrukturen 6 am hinteren Ende des jeweiligen Längsträgers 1, 2 werden im vorliegenden Fall durch einen jeweiligen Blechumformbauteil-Zusammenbau gebildet, bei welchem die jeweiligen Trägerteile 7 bis 10 herausgeformt und über jeweilige Zwischenwände miteinander verbunden sind. Die Blechumformbauteil-Zusammenbauten können hierbei beispielsweise im Querschnitt betrachtet die Form einer 8 aufweisen, wobei an den vier oberen beziehungsweise unteren, äußeren Enden jeweils einer der Trägerteile 7 bis 10 abgeht. Natürlich wäre auch eine Ausgestaltung der Trägerstruktur 6 denkbar, bei welchen die jeweiligen Trägerteile 7 bis 10 separat voneinander von dem Längsträger 1 beziehungsweise 2 abgehen beziehungsweise abstehen.
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Weiterhin ist aus 1a bis 3 erkennbar, dass im Bereich der jeweils mehrbeinigen Trägerstruktur 6 des jeweiligen Längsträgers 1, 2 eine obere Strebenanordnung 17 über jeweilige Streben 18 abgestützt ist. Bezogen auf die Fahrzeuglängsrichtung verläuft auf Höhe dieser Streben 18 eine Querstrebe 19, über welche jeweilige Dämpferdome 20 miteinander verbunden sind. Die Streben 18, die Querstrebe 19 und die Dämpferdome 20 bilden somit im Wesentlichen die Form eines umgekehrten U. Darüber hinaus ist die Strebenanordnung 17 beziehungsweise sind die Dämpferdome 20 über jeweilige Streben 21, 22 an der jeweils seitlich zugeordneten Türsäule 14 angebunden. Die jeweils obere Strebe 21 ist dabei mit einem Eckbereich der Türsäule 14 auf Höhe eines oberen Stirnwandquerträgers 23 angebunden. Die jeweils untere Strebe 22 ist in einem mittleren Höhenbereich der seitlich zugeordneten Türsäule 14 abgestützt. Im Bereich der mehrbeinigen Trägerstruktur 6 beziehungsweise unterhalb der Querstrebe 19 verläuft außerdem ein Querträger 24, welcher die beiden Längsträger 1, 2 miteinander verbindet.
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Durch die Aufgabelung des jeweiligen Längsträgers 1, 2 in die jeweilige Trägerstruktur 6 mit den Trägerteilen 7 bis 10 wird vorliegend insbesondere eine großformatige Abstützung des jeweiligen Längsträgers 1, 2 erreicht, welche sich beispielsweise bei einer Frontalkollision des Kraftwagens besonders positiv auswirkt. Im Unterschied zu einem stumpfen Anschluss des jeweiligen Längsträgers 1, 2 an die Stirnwand mit einem entsprechend hohen Momenteneintrag beziehungsweise einem hohen Risiko eines Kollabierens oder Versagens der Stirnwand 13 ergibt sich somit der Vorteil, dass es zu keinem übermäßigen Momenteneintrag an einer bestimmten Stelle, insbesondere im Bereich des Fahrzeugbodens kommt, was beispielsweise dazu führen könnte, dass ein unterhalb des Fahrzeugbodens angeordneter Energiespeicher zum Antrieb des Kraftwagens beschädigt werden könnte. Vielmehr erfolgt hier eine großformatige Aufteilung entsprechender Unfallkräfte gemäß jeweiligen, in 1b, 2 und 3 eingetragenen Lastpfaden. Pfeile 25, 26, 27 und 28 geben dabei die jeweiligen Lastpfade wieder, welche entlang der Trägerteile 7, 8, 9, 10 verlaufen.
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Wie darüber hinaus insbesondere aus 1 b und 2 erkennbar ist, ergeben sich auch auf einer oberen Längsträgerebene, bei welcher jeweilige Längsträger 29, 30 an der Strebenanordnung 17 beziehungsweise an den Dämpferdomen 20 abgestützt sind, bei einer Frontalkollision weitere günstige Lastpfade, sodass dort beispielsweise über die jeweiligen Längsträger 29, 30 eingeleitete Kräfte (Pfeile 31) über die Strebenanordnung auf die weiteren Lastpfade gemäß den Pfeilen 32 bis 34 übertragen werden. Im Ergebnis wird somit auch durch die Strebenanordnung 17 eine großformatige Verteilung der Kräfte erreicht. Anhand von 4 und 5 soll schließlich das Deformationsverhalten der gezeigten Vorbaustruktur bei einer Frontalkollision mit einem Hindernis 35 mit geringer Breitenüberdeckung erläutert werden. Es ist zunächst aus 4 erkennbar, dass der jeweilige Längsträger 1, 2 an seinem vorderen Ende nach außen hin in einem Bereich 36 verbreitert ist, um auch bei derartigen Frontalkollisionen einen Kontakt mit dem Hindernis 35 zu erhalten. Hierdurch wird in die Vorbaustruktur eine schräg verlaufende Kraftkomponente Fs erzeugt, welche beispielsweise bewirkt, dass das Fahrzeug gezielt mit einer in Fahrzeugquerrichtung verwirkenden Kraft FQ beaufschlagt wird, um die Vorbaustruktur beziehungsweise den Kraftwagen insgesamt vom Hindernis weg in der Fahrzeugquerrichtung zu bewegen.
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Trifft im weiteren Verlauf des Unfallszenarios das Hindernis 35 im Bereich des seitlich zugeordneten Dämpferdoms 20 auf die Strebenanordnung 17 auf, so werden die Kräfte gemäß den Pfeilen 37 großformatig verteilt beziehungsweise die jeweiligen Streben 18, 21, 22 der Strebenanordnung 17 sorgen für eine großformatige Abstützung. Insbesondere über die Querstrebe 19 wird dabei wiederum erreicht, dass ein Momenteneintrag durch das Hindernis 35 ein Wegbewegen der Vorbaustruktur beziehungsweise des Kraftwagens in Fahrzeugquerrichtung vom Hindernis weg bewirkt wird. Über die Trägerteile 7, 8 des jeweils seitlich zugeordneten Längsträgers 1, 2 wird zudem erreicht, dass beispielsweise bei einer derartigen Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung das jeweilige Vorderrad 12 bei einer unfallbedingten Rückverlagerung nicht übermäßig in die Stirnwand 13 eindringen kann.
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5 zeigt schließlich die Frontalkollision mit dem Hindernis 35 mit geringer Breitenüberdeckung analog zu 4, wobei hier zudem jeweilige Lastpfade innerhalb eines Vorderachsträgers 38 angedeutet sind. Der Vorderachsträger 38 umfasst dabei insbesondere einen Längsträger 39 sowie jeweilige Querträger 40. Der Längsträger 39 verläuft dabei im Wesentlich bogenförmig und insbesondere mit einem vorderen Ende in Bezug auf den darüber angeordneten jeweiligen Längsträger 1, 2 seitlich in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin überstehend, um das Hindernis 35 auf verbesserte Weise aufnehmen zu können, auch wenn dieses an sich an dem darüber angeordneten Längsträger 1, 2 seitlich vorbei gelangen würde. Durch den jeweiligen Längsträger 39 wird somit wiederum eine schräge Kraft Fs erzeugt, welche eine Querkraftkomponente FQ aufweist, welche im Weiteren im Bereich der Querträger 40 und auch in dahinterliegenden Bereichen bewirkt, dass die Vorbaustruktur vom Hindernis wegbewegt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Längsträger
- 2
- Längsträger
- 3
- Stoßfängerquerträger
- 4
- Energieabsorptionselement
- 5
- Fahrgastzelle
- 6
- Trägerstruktur
- 7
- Trägerteil
- 8
- Trägerteil
- 9
- Trägerteil
- 10
- Trägerteil
- 11
- Seitenschweller
- 12
- Vorderrad
- 13
- Stirnwand
- 14
- Türsäule
- 15
- Stützträger
- 16
- Bodenträger
- 17
- Strebenanordnung
- 18
- Streben
- 19
- Querstrebe
- 20
- Dämpferdome
- 21
- Strebe
- 22
- Strebe
- 23
- Stirnwandquerträger
- 24
- Querträger
- 25
- Pfeil
- 26
- Pfeil
- 27
- Pfeil
- 28
- Pfeil
- 29
- Längsträger
- 30
- Längsträger
- 31
- Pfeil
- 32
- Pfeil
- 33
- Pfeil
- 34
- Pfeil
- 35
- Hindernis
- 36
- Bereich
- 37
- Pfeil
- 38
- Vorderachsträger
- 39
- Längsträger
- 40
- Querträger
