-
Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
-
In einem elektrisch betriebenen, zweispurigen Fahrzeug können die Vorderräder mittels zumindest einer Elektromaschine angetrieben werden. Die Elektromaschine kann von einem Vorderachsträger bzw. einem frontseitigen Hilfsrahmen getragen sein, an dem seitlich die Radlenker der Radaufhängung für die Vorderräder angelenkt sind. Der Hilfsrahmen ist an Karosserie-Anbindungspunkten an seitliche Karosserie-Längsträger der Karosseriestruktur angebunden. Die Karosserie-Längsträger bilden in einem Frontalcrashfall eine obere Lastebene, während der Hilfsrahmen in einer unteren Lastebene angeordnet ist.
-
Ein derart konstruierter Fahrzeug-Vorderwagen ist für unterschiedliche Crash-Lastfälle auszulegen, etwa einer Frontalkollision mit geringer seitlicher Überdeckung (small overlap), einer Frontalkollision zentral gegen einen Pfahl (front pole Kollision), und eine Frontalkollision gegen eine Wand mit 100%iger Überdeckung. Derartige Crash-Lastfälle werden mit einer vordefinierten Geschwindigkeit im Rahmen von Crash-Simulationen nachgestellt.
-
Durch die Elektrifizierung von Fahrzeugen ändert sich auch die strukturelle Bauweise der Fahrzeug-Karosserie. So werden bei der Frontalkollision mit geringer seitlicher Überdeckung (small overlap) seitliche Strukturen benötigt, während der Pfahlaufprall einer massiven zentralen Struktur bedarf. Bei einem zentralen Aufprall mit großer Überdeckung (front pole Kollision) ist es wiederum notwendig, die Energie möglichst zur Deformation der Längsstrukturen zu nutzen. Diese müssen jedoch, wie erwähnt, deformieren, damit sie nicht als Blockbildner gegen eine angrenzende Traktionsbatterie geschoben werden. Erschwerend kommt hinzu, dass das Fahrzeuggewicht, durch die im Verhältnis zu fossilem Treibstoff geringere Energiedichte zunimmt und die Integrität des Batteriegehäuses nach einem Aufprall erhalten bleiben soll.
-
Aus der
DE 10 2016 004 723 A1 ist ein Hilfsrahmen für ein Fahrzeug bekannt. Aus der
DE 10 2014 112 378 A1 ist ein weiterer Vorderwagen-Aufbau bekannt, wobei der Vorderwagen aus Längsträgern zwei parallel verlaufende Lastpfade aufbaut. Diese Lastpfade sind im vorderen Bereich mit Querelementen jeweils verbunden und überbrücken in Fahrzeughochrichtung den Höhenversatz zwischen den beiden Lastpfaden. Aus der
DE 10 2017 204 066 A1 ist eine weitere Karosseriestruktur mit einem Hilfsrahmen gezeigt, wobei die Karosseriestruktur seitliche Karosserie-Längsträger aufweist, die mittels Balken mit dem darunter angeordneten Hilfsrahmen verbunden sind.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bereitzustellen, die im Hinblick auf unterschiedliche Crash-Lastfälle crashsicher ausgelegt ist.
-
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Hilfsrahmen an seinen Karosserie-Anbindungspunkten üblicherweise mittels Schraubbolzen am Karosserie-Längsträger verspannt ist, die meist in Fahrzeughochrichtung ausgerichtet sind. Eine solche Ausrichtung der Schraubbolzen in Fahrzeughochrichtung führt in einem Frontcrashfall zu folgender Problematik: Im Frontcrashfall werden die Aufprallkräfte in den Hilfsrahmen eingeleitet. Die in der Fahrzeughochrichtung ausgerichteten Schraubbolzen der Karosserie-Anbindungspunkte sind daher im Crashverlauf mit hohen Scherkräften beansprucht, wodurch diese vorzeitig brechen können. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ein fahrzeugvorderer Hilfsrahmen-Querträger wie folgt aufgebaut: So weist der fahrzeugvordere Hilfsrahmen-Querträger einen in der Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Querträger-Mittelabschnitt auf, der nach fahrzeugaußen beidseitig jeweils materialeinheitlich und einstückig mit einem vertikalen Querträger-Tragarm nach fahrzeugoben verlängert ist. Der Querträger-Tragarm ist unter Bildung eines fahrzeugvorderen Karosserie-Anbindungspunktes frontseitig an eine fahrzeugvordere Stirnseite des jeweiligen Karosserie-Längsträgers angebunden.
-
Auf diese Weise ergibt sich speziell bei einem zentralen Pfahlaufprall eine optimale Lasteinleitung, bei der das Aufprall-Hindernis zunächst mit dem fahrzeugvorderen Hilfsrahmen-Querträger zusammenstößt, der formschlüssig an den Stirnseiten der Karosserie-Längsträger angebunden ist. Hierdurch wird ein Großteil der Aufprallenergie über einen günstigen Lastpfad in den Karosserie-Längsträger eingeleitet und nicht - wie im Stand der Technik - über (hauptsächlich auf Scherung belastete) Karosserie-Anbindungspunkte geleitet.
-
Der Hilfsrahmen kann im Wesentlichen aus in Längsrichtung angestellte Hilfsrahmen-Längsträger und im Wesentlichen in Querrichtung angestellte Hilfsrahmen-Querträger ausgebildet sein. Die Verbindungspunkte der Längs- und Querträger bezeichnet man als Knotenpunkte.
-
Bei der baulichen Konstruktion kann es sich entweder um eine Schweißbaugruppe handeln, wobei die einzelnen Elemente aus vorgefertigten Teilen zu einem Zusammenbauteil zusammengeschweißt werden oder um eine Konstruktion aus Profilen, die über die Knotenpunkte zusammengehalten werden, etwa extrudierte Trägerprofile mit Gussknotenpunkten. Als Material kommen sowohl metallische Werkstoffe als auch Kunststoffe in Frage.
-
Der Hilfsrahmen weist mehrere Konsolenpunkte für die Befestigung von Fahrwerkslenkern sowie mehrere Karosserieanbindungspunkte auf. Kennzeichnend für die den erfindungsgemäßen Hilfsrahmen ist der Aufbau, bei dem die Hilfsrahmen-Längsträger über mit mindestens einen Hilfsrahmen-Querträger miteinander verbunden sind. Der Hilfsrahmen-Querträger ist derart ausgeführt, dass er in sich in Hochrichtung erstreckt und sich mit seinen Stirnflächen an den Karosserie-Längsträgern befestigen lässt.
-
Der vordere Hilfsrahmen-Querträger ist vorzugsweise in der yz-Ebene als ein U-förmiges Profil ausgebildet, dessen Boden auf Höhe der Hilfsrahmen-Längsträger ist und dessen Schenkel sich zum Karosserie-Längsträger erstrecken. Vorzugsweise ist der Hilfsrahmen-Querträger als ein geschlossenes O-Profil ausgebildet.
-
Vorzugsweise ist der vordere Hilfsrahmen-Querträger derart ausgebildet, dass die er bündig mit den Stirnflächen des Karosserie-Längsträgers abschließt. Der Karosserie-Längsträger ist seinerseits als Hohlprofil ausgebildet. An der der Stirnfläche zugewandte Seite des Hilfsrahmen-Querträgers weist er Positionierungshilfen auf, mit Hilfe deren sich der Hilfsrahmen im Produktionsprozess am Karosserie-Längsträger ausrichten und positionieren lässt.
-
Nachfolgend sind Erfindungsaspekte einzeln hervorgehoben: So kann am fahrzeugvorderen Karosserie-Anbindungspunkt der vertikale Querträger-Tragarm in einer vertikalen Fügeebene an der fahrzeugvorderen Stirnseite des Karosserie-Längsträgers angebunden sein. Die Anbindung erfolgt mittels zumindest eines Fügeelementes (das heißt Schraubbolzen), der den vertikalen Querträger-Tragarm in einer Fügerichtung an der fahrzeugvorderen Stirnseite des Karosserie-Längsträgers verspannt. Die Fügerichtung kann in der Fahrzeuglängsrichtung nach fahrzeughinten ausgerichtet sein.
-
Der erfindungsgemäße fahrzeugvordere Hilfsrahmen-Querträger kann mit seinem Querträger-Mittelabschnitt und seinen seitlichen vertikalen Querträger-Tragarmen ein U-förmiges Querträgerprofil aufweisen. Dabei ist der Querträger-Mittelabschnitt in etwa auf gleicher Höhe wie die Hilfsrahmen-Längsträger angeordnet. Diese können in etwa in einer Horizontalebene unterhalb der Karosserie-Längsträger positioniert sein.
-
Zur weiteren Steigerung der Vorderwagen-Bauteilsteifigkeit kann zwischen den fahrzeugoberen Enden der beiden vertikalen Querträger-Tragarme eine Querstrebe abgestützt sein, mittels der das U-förmige Querträgerprofil rahmenartig geschlossen ist.
-
Für eine Montageerleichterung beim Zusammenbau der Karosseriestruktur kann der Hilfsrahmen eine Positionierhilfe aufweisen. Die Positionierhilfe kann bevorzugt an den vertikalen Querträger-Tragarmen angeordnet sein. Mittels der Positionierhilfe kann der fahrzeugvordere Hilfsrahmen-Querträger lagerichtig zwischen den beiden Karosserie-Längsträgern nach fahrzeughinten eingeschoben und befestigt werden.
-
Der fahrzeugvordere Hilfsrahmen-Querträger ist an fahrzeugvorderen Eckknotenpunkten jeweils mit einem Hilfsrahmen-Längsträger verbunden. Bevorzugt ist es, wenn am fahrzeugvorderen Eckknotenpunkt der jeweilige Hilfsrahmen-Längsträger mit seiner Frontseite unmittelbar am Hilfsrahmen-Querträger abschließt. In diesem Fall kann der fahrzeugvordere Hilfsrahmen-Querträger in einer vertikalen, zwischen der Fahrzeugquerrichtung und der Fahrzeughochrichtung aufgespannten Fügeebene an einer fahrzeugvorderen Stirnseite des Hilfsrahmen-Längsträgers angebunden sein. Bevorzugt kann der vordere Eckknotenpunkt unmittelbar am Übergang zwischen dem Querträger-Mittelabschnitt und dem vertikalen Querträger-Tragarm positioniert sein.
-
Zur weiteren Aussteifung des Fahrzeug-Vorderwagens kann am fahrzeugvorderen Karosserie-Anbindungspunkt der Querträger-Tragarm eine nach fahrzeughinten abragende Anbindungskonsole aufweisen. Diese definiert zusammen mit dem oberen Tragarm-Ende einen Inneneckbereich, der den Karosserie-Längsträger frontseitig einfasst. Die Anbindungskonsole des vertikalen Querträger-Tragarms kann in einer horizontalen Fügeebene an der Unterseite des Karosserie-Längsträgers angebunden sein. Hierzu kann die Tragarm-Anbindungskonsole über vertikal ausgerichtete Schraubbolzen mit dem Karosserie-Längsträger verspannt sein.
-
Neben den fahrzeugvorderen Karosserie-Anbindungspunkten sind weitere fahrzeughintere Karosserie-Anbindungspunkte bereitgestellt. Im Unterschied zu den fahrzeugvorderen Karosserie-Anbindungspunkten kann der Hilfsrahmen an den weiteren Karosserie-Anbindungspunkten in einer horizontalen Fügeebene an der Unterseite der Karosseriestruktur angebunden sein. Die Anbindung erfolgt ebenfalls bevorzugt über Schraubbolzen, die in vertikaler Richtung den Hilfsrahmen an die Unterseite der Karosseriestruktur verspannen.
-
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
-
Es zeigen:
- 1 und 2 in unterschiedlichen perspektivischen Ansichten eine Karosseriestruktur für den Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs; und
- 3 den erfindungsgemäßen Hilfsrahmen in Alleinstellung.
-
In den 1 und 2 ist eine Karosseriestruktur eines Fahrzeug-Vorderwagens gezeigt. Die Karosseriestruktur weist zwei seitlich in der Fahrzeuglängsrichtung x verlaufende Karosserie-Längsträger 1 auf, die frontseitig an einem fahrzeugvorderen Hilfsrahmen-Querträger 3 abschließen. Der fahrzeugvordere Hilfsrahmen-Querträger 3 ist Bestandteil eines Hilfsrahmens 5, auf dem eine nicht gezeigte Antriebseinheit, etwa eine Elektromaschine zum Antrieb von Fahrzeug-Vorderrädern, abstützbar ist. Der Hilfsrahmen 5 weist zwei seitliche Hilfsrahmen-Längsträger 7 auf, die fahrzeugvorne an vorderen Eckknotenpunkten 9 (3) mit dem fahrzeugvorderen Hilfsrahmen-Querträger 17 verbunden sind und mit hinteren Eckknotenpunkten 11 ( 3) mit einem fahrzeughinteren Hilfsrahmen-Querträger 13 verbunden sind.
-
Die beiden Karosserie-Längsträger 1 bilden bei einer Frontalkollision eine obere Lastebene, während der über Karosserie-Anbindungspunkte A1, A2, A3 an den Karosserie-Längsträgern 1 angebundene Hilfsrahmen 5 eine untere Lastebene bildet. Die Hilfsrahmen-Längsträger 7 weisen seitlich abragende Lagerkonsolen 15 auf, an denen nicht dargestellte Fahrwerkselemente einer Radaufhängung anlenkbar sind.
-
Wie aus den Figuren weiter hervorgeht, weist der fahrzeugvordere Hilfsrahmen-Querträger 3 ein U-förmiges Querträgerprofil auf, und zwar mit einem in etwa zwischen den beiden Hilfsrahmen-Längsträgern 7 verlaufenden Querträger-Mittelabschnitt 17, der nach fahrzeugaußen beidseitig jeweils materialeinheitlich und einstückig in davon hochgezogene, vertikale Querträger-Tragarme 19 materialeinheitlich und einstückig übergeht. Die beiden Hilfsrahmen-Längsträger 7 verlaufen in den Figuren in etwa in einer Horizontalebene, wobei die vorderen Eckknotenpunkte 9 in etwa am Übergang zwischen den Querträger-Mittelabschnitt 7 und den davon hochgezogenen vertikalen Querträger-Tragarmen 19 liegen. Zwischen den beiden oberen Enden 29 der Querträger-Tragarme 19 ist eine Querstrebe 21 abgestützt, mittels der das U-förmige Querträgerprofil rahmenartig geschlossen ist.
-
Der Kern der Erfindung betrifft die technische Umsetzung der vorderen Karosserie-Anbindungspunkte A1, an denen der vertikale Querträger-Tragarm 19 an die fahrzeugvordere Stirnseite 23 des jeweiligen Karosserie-Längsträgers 1 angebunden ist. Am fahrzeugvorderen Karosserie-Anbindungspunkt A1 ist der vertikale Querträger-Tragarm 19 in einer vertikalen Fügeebene yz an der fahrzeugvorderen Stirnseite 23 des Karosserie-Längsträgers 1 verschraubt. Die Anbindung erfolgt über nicht gezeigte Schraubbolzen, die in einer nach fahrzeughinten ausgerichteten Fügerichtung den vertikalen Querträger-Tragarm 19 an der fahrzeugvorderen Stirnseite 23 des Karosserie-Längsträgers 1 verspannen. Die vertikale Fügeebene yz am fahrzeugvorderen Karosserie-Anbindungspunkt A1 wird zwischen der Fahrzeugquerrichtung y und der Fahrzeughochrichtung z aufgespannt.
-
Wie aus der 3 weiter hervorgeht, ist für eine Montageerleichterung beim Zusammenbau der Karosseriestruktur an den beiden vertikalen Querträger-Tragarmen 19 des fahrzeugvorderen Querträgers 3 eine Positionierhilfe 25 angeordnet, die nach fahrzeugaußen weisende Positionierflanken 26 aufweist. Mit Hilfe der Positionierflanken 26 kann der fahrzeugvordere Hilfsrahmen-Querträger 3 lagerichtig zwischen den beiden Karosserie-Längsträgern 1 nach fahrzeughinten eingeschoben werden. Hierbei sind die seitlich äußeren Positionierflanken 26 mit geringfügigem Bewegungsspiel in Gleitanlage mit den Innenseiten der Karosserie-Längsträger 1. Die beiden Positionierhilfen 25 sind jeweils an der Querstrebe 21 befestigt.
-
In der 3 spannt die Positionierhilfe 25 zusammen mit dem oberen Tragarm-Ende 29 und einer nach fahrzeughinten abragenden Anbindungskonsole 31 einen Inneneckbereich 33 auf. In der Zusammenbaulage ist der Karosserie-Längsträger 1 frontseitig von dem Inneneckbereich 33 eingefasst. Die Anbindungskonsole 31 wird in einer horizontalen Fügeebene xy (3) an der Unterseite des Karosserie-Längsträgers 1 angebunden, und zwar mittels eines vertikal ausgerichteten Schraubbolzens in einer Vertikalrichtung z am Karosserie-Längsträger 1 verspannt.
-
Gemäß den Figuren ist der Hilfsrahmen 5 rahmenförmig geschlossen ausgeführt. Gemäß der 3 sind die beiden Hilfsrahmen-Längsträger 7 nach fahrzeughinten um einen Längsversatz Δx (3) verlängert. An den hinteren Enden der Hilfsrahmen-Längsträger 7 sind weitere Karosserie-Anbindungspunkte A3 ausgebildet, an denen der Hilfsrahmen 1 in einer horizontalen Fügeebene xy an der Unterseite der Karosserie-Längsträger 1 mit Hilfe von vertikal ausgerichteten Schraubbolzen verschraubbar ist. Ebenso sind im Längsträger-Mittelbereich weitere Karosserie-Anbindungspunkte A2 bereitgestellt, und zwar über nach fahrzeugoben abragende Anbindungskonsolen 37 (3), an denen der Hilfsrahmen 1 ebenfalls in einer horizontalen Fügeebene xy an den Karosserie-Längsträgern 1 angebunden ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016004723 A1 [0005]
- DE 102014112378 A1 [0005]
- DE 102017204066 A1 [0005]
