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Die Erfindung betrifft ein tragendes Fahrzeugrahmenbauteil mit einem Hauptabschnitt, wenigstens einem an dem Hauptabschnitt ausgebildeten Befestigungsabschnitt, und mit wenigstens einem nicht tragenden Funktionsbauteil, das an dem Befestigungsabschnitt mittels wenigstens einer Verbindungseinrichtung befestigt ist.
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Beim Bau von Kraftfahrzeugen werden in unterschiedlichen Bereichen eines Kraftfahrzeugs Deformationszonen eingerichtet. Um den Schaden im Falle einer Kollision möglichst gering zu halten, werden Baugruppen nach einer sogenannten Schadenskette ausgelegt. Die Schadenskette bedeutet ein kalkuliertes und gesteuertes Versagen von Fahrzeugbauteilen in einer festgelegten Reihenfolge. Hierdurch ist es möglich, dass bestimmte Fahrzeugteile erst am Ende einer Kollision versagen zu lassen bzw. eine Beschädigung eines solchen Fahrzeugteils vermieden werden kann. Solche bestimmten Fahrzeugteile können besonders teure Fahrzeugteile oder sicherheitsrelevante Fahrzeugteile oder Fahrzeugteile mit hohem Brandrisiko oder mit hohem Verletzungsrisiko für Insassen oder/und Einsatzkräfte im Kollisionsfall sein.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, tragende oder nicht tragende Bauteile eines Kraftfahrzeugs so an der Karosserie zu befestigen, dass diese Bauteile sich relativ zur Karosserie verschieben können, wenn eine erhöhte Krafteinwirkung aufgrund einer Kollision vorliegt. Beispiele für die verschiebbare Anbringung eines nicht tragenden Bauteils sind etwa aus der
US 6,029,765 und der
US 6,367,869 bekannt.
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Bei diesen bekannten Anbringungsarten wird ein relativ starres Aggregat mittels Schrauben an einem Fahrzeugrahmenbauteil befestigt. Dabei sind die Schrauben in einer entsprechenden Befestigungsaufnahme (Loch) aufgenommen, wobei die Befestigungsaufnahme eine Art Verlängerungsabschnitt aufweist, in den die Schraube mit daran befestigtem Aggregat im Kollisionsfall verschoben bzw. verlagert wird. Zwischen der Befestigungsaufnahme und dem Verlängerungsabschnitt ist eine Sollbruchstelle ausgebildet, die im Kollisionsfall durch die Schraube beaufschlagt wird und aufbricht, so dass die Verschiebung der Schraube erfolgen kann.
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Bei dieser Art der im Kollisionsfall beweglichen Anbringung von Bauteilen bzw. Aggregaten kann das Bauteil nur wenig verschoben werden und es bleibt üblicherweise als sogenannter Blockbildner, der kaum deformierbar ist, im Weg, wodurch der Abbau von Energie verschlechtert wird.
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, ein Fahrzeugrahmenbauteil anzugeben, bei dem ein nicht tragendes Funktionsbauteil für den Kollisionsfall optimiert befestigt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein tragendes Fahrzeugrahmenbauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgeschlagen wird also ein tragendes Fahrzeugrahmenbauteil mit einem Hauptabschnitt, wenigstens einem an dem Hauptabschnitt ausgebildeten Befestigungsabschnitt, und mit wenigstens einem nicht tragenden Funktionsbauteil, das an dem Befestigungsabschnitt mittels wenigstens einer Verbindungseinrichtung befestigt ist. Dabei ist vorgesehen, dass der Befestigungsabschnitt und der Hauptabschnitt durch mehrere Ausnehmungen voneinander getrennt und durch wenigstens einen zwischen benachbarten Ausnehmungen angeordneten Steg miteinander verbunden sind.
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Dabei bildet der wenigstens eine Steg eine Sollbruchstelle zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Hauptabschnitt. Dies ermöglicht im Kollisionsfall ein Verformen des Befestigungsabschnitts relativ zum Hauptabschnitt. Hierdurch kann das an dem Befestigungsabschnitt angeordnete Funktionsbauteil in ausreichendem Maße verschoben bzw. verlagert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass mit der Eigenschaft „nicht tragend“ für das Funktionsbauteil gemeint ist, dass dieses Funktionsbauteil nicht dazu vorgesehen ist, Teile des Kraftfahrzeugs, wie etwa Aufhängung von Rädern, Karosserieelemente und dergleichen abzustützen. Das Funktionsbauteil leitet also bei üblicher Befestigung am Fahrzeug keine beim Fahren auftretenden Kräfte oder durch den Fahrzeugaufbau abzustützende Kräfte weiter.
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Die mehreren Ausnehmungen können den Befestigungsabschnitt entlang seines Umfangs teilweise umgeben. Ferner kann der Befestigungsabschnitt einen einstückig mit dem Hauptabschnitt ausgebildeten Scharnierabschnitt aufweisen. Dabei können die Ausnehmungen und der wenigstens eine Steg außerhalb des Scharnierabschnitts angeordnet sein.
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Hierdurch wird ermöglicht, dass der Befestigungsabschnitt im Kollisionsfall im Bereich seines Scharnierabschnitts deformiert wird, wobei der wenigstens eine Steg als Sollbruchstelle zerstört wird. Der Befestigungsabschnitt unterliegt dabei insbesondere einer Art Klappbewegung oder Drehbewegung, so dass der Befestigungsabschnitt nicht mehr in einer Ebene mit dem Hauptabschnitt angeordnet ist. Im Hauptabschnitt verbleibt nach einer derartigen Deformation des Befestigungsabschnitts eine Öffnung bestehen, in der sich zuvor der Befestigungsabschnitt befunden hat.
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Der Scharnierabschnitt kann eine Breite aufweisen, die mindestens dem 5-fachen, insbesondere dem 8-fachen bis 12-fachen, der zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen gemessenen Stegbreite des Stegs entspricht. Die Breite des Scharnierabschnitts verläuft insbesondere im Wesentlichen orthogonal zu einer Hauptrichtung von wirkenden Kräften im Kollisionsfall. Legt man eine Frontalkollision oder eine Auffahrkollision zu Grunde kann auch gesagt werden, dass sich der Scharnierabschnitt im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckt.
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Das nicht tragende Funktionsbauteil kann eine in einem Gehäuse aufgenommene Pumpeneinheit oder Leistungselektronikeinheit sein.
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Der Befestigungsabschnitt kann derart ausgelegt sein, dass eine Verlagerung des daran angebrachten Funktionsbauteils nur bei einer Fremdkrafteinwirkung erfolgt. Dabei kann das oben erwähnte Gehäuse einer Pumpeneinheit oder eine Leistungselektronikeinheit insbesondere so bemessen sein, dass es im Kollisionsfall für höhere Kräfte ausgelegt ist, als der wenigstens eine Befestigungsabschnitt bzw. dessen Stege, mit dem das Gehäuse an dem tragenden Fahrzeugrahmenbauteil befestigt ist.
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Um unter normalen Betriebslasten eine ausreichende Stabilität zu gewährleisten, kann der Befestigungsabschnitt durch drei Stege mit dem Hauptabschnitt verbunden sein. Nimmt man beispielsweise einen etwa rechteckigen Befestigungsabschnitt an, kann an drei von vier Seiten des Rechtecks ein jeweiliger Steg vorgesehen sein. In einem solchen Fall kann die vierte Seite des Rechtecks durch den Scharnierabschnitt gebildet sein.
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Die Ausnehmungen können geradlinig oder/und gebogen ausgebildet sein. Im oben bereits erwähnten Beispiel eines rechteckigen Befestigungsabschnitts kann eine Ausnehmung auch um eine Ecke des Befestigungsabschnitts verlaufen, so dass sie sowohl geradlinige Schenkelbschnitte, als auch einen gebogenen Abschnitt im Eckbereich des Befestigungsabschnitts aufweist. Denkbar sind aber auch andere Ausgestaltungen des Befestigungsabschnitts. Beispielsweise kann der Befestigungsabschnitt kreisförmig ausgebildet sein, wobei entlang seines Umfangs wenigstens ein Steg vorgesehen ist und wobei der Scharnierabschnitt entlang einer Kreissehne verläuft.
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Die oben erwähnte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem oben beschriebenen, tragenden Fahrzeugrahmenbauteil, wobei das tragende Fahrzeugrahmenbauteil Teil der Fahrzeugkarosserie ist. Dabei kann das tragende Fahrzeugrahmenbauteil Teil eines Hinterachsträgers oder Teil eines Vorderachsträgers sein. Insbesondere kann das tragende Fahrzeugrahmenbauteil ein Hilfsrahmen eines Hinterachsträgers sein, wobei der Hilfsrahmen bezogen auf eine Fahrzeuglängsrichtung vor der Hinterachse des Fahrzeugs angeordnet ist, insbesondere vor einem die Hinterräder antreibenden Elektromotor. Der Hauptabschnitt des tragenden Fahrzeugrahmenbauteils kann beispielsweise ein Querträger eines Hilfsrahmens für einen Hinterachsträger oder für einen Vorderachsträger sein.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische und vereinfachte Perspektivdarstellung von schräg oben eines tragenden Fahrzeugrahmenbauteils mit einem nicht tragenden Funktionsbauteil, das an Befestigungsabschnitten angebracht ist;
- 2 eine schematische und vereinfachte Perspektivdarstellung von schräg unten eines Hinterachsträgers mit darin aufgenommenem Elektromotor und mit dem in 1 gezeigten tragenden Fahrzeugrahmenbauteil als Hilfsrahmenelement;
- 3 eine schematische und vereinfachte Perspektivdarstellung von schräg oben des Hinterachsträgers ohne Elektromotor, wobei die Befestigungsabschnitte und das Funktionsbauteil am tragenden Fahrzeugrahmenbauteil (Hilfsrahmenelement) in einer Situation nach Krafteinwirkung (Kollisionsfall) dargestellt sind.
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1 zeigt in einer vereinfachten, perspektivischen Darstellung ein tragendes Fahrzeugrahmenbauteil 10 mit einem daran angeordneten, nicht tragenden Funktionsbauteil 12 eines Fahrzeugs. Das tragende Fahrzeugrahmenbauteil 10 ist in diesem Beispiel ein Hilfsrahmenelement eines Hinterachsträgers 14, der in 2 in einer perspektivischen Darstellung gezeigt ist. Das angesprochene Funktionsbauteil 12 ist in diesem Beispiel eine Pumpeneinheit für die Verstellung von aktiven Dämpferelementen. Das Funktionsbauteil 12 kann aber auch eine andere Komponente eines Fahrzeugs sein, die üblicherweise an einem Fahrzeugrahmenbauteil 10 eines Fahrzeugs befestigt werden kann und keine tragende Funktion aufweist.
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Das Fahrzeugrahmenbauteil 10 umfasst einen Hauptabschnitt 16. Im dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, dass der Hauptabschnitt 16 ein zentraler Teil des Hilfsrahmenelements ist, der beispielsweise zwischen zwei im Fahrzeugrahmenbauteil 10 ausgebildeten Öffnungen 18 angeordnet ist. Bei dem Hauptabschnitt 16 kann es sich beispielsweise um einen Querträger des Hilfsrahmens handeln. Der Hauptabschnitt 16 kann auch als ein Teilbereich des Fahrzeugrahmenbauteils 10 verstanden werden, an dem das Funktionsbauteil 12 befestigt ist bzw. befestigt werden soll. Ferner umfasst das Fahrzeugrahmenbauteil 10 wenigstens einen Befestigungsabschnitt 20, der an dem Hauptabschnitt 16 ausgebildet ist. Im vorliegenden Beispiel sind im Hauptabschnitt 16 zwei Befestigungsabschnitte 20 vorgesehen.
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Nachfolgend wird ein Befestigungsabschnitt 20 einzeln beschrieben, wobei die Beschreibung selbstverständlich für beide in dem Beispiel dargestellten Befestigungsabschnitte 20 gültig ist. Ferner sind in der 1 entsprechende Bezugszeichen hauptshächlich an dem rechten Befestigungsabschnitt 20 angegeben, so dass der in 1 linke Befestigungsabschnitt ohne störende Bezugszeichen und Bezugslinien sichtbar ist.
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Der Befestigungsabschnitt 20 und der Hauptabschnitt 16 sind durch mehrere Ausnehmungen 22-1 bis 22-4 voneinander getrennt. Zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen, wie beispielsweise den Ausnehmungen 22-1 und 22-2, ist ein jeweiliger Steg 24-1 bis 24-3 vorgesehen, durch den der Befestigungsabschnitt 20 mit dem Hauptabschnitt 16 verbunden ist. Die mehreren Ausnehmungen 22-1 bis 22-4 umgeben den Befestigungsabschnitt 20 entlang seines Umfangs teilweise.
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Der Befestigungsabschnitt 20 weist ferner einen einstückig mit dem Hauptabschnitt 16 ausgebildeten Scharnierabschnitt 26 auf. Der Scharnierabschnitt 26 ist in der 1 rein illustrativ als gestrichelte Linie eingezeichnet. Der Befestigungsabschnitt 20 wird somit entlang seines Umfangs von mehreren Ausnehmungen 22-1 bis 22-4, mehreren Stegen 24-1 bis 24-3 und einem Scharnierabschnitt 26 begrenzt. Dabei liegen die Ausnehmungen 22-1 bis 22-4 und der wenigstens eine Steg 24-1 bis 24-3 außerhalb des Scharnierabschnitts 26.
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Der Scharnierabschnitt 26 kann eine Breite BS aufweisen, die mindestens dem 5-fachen, insbesondere dem 8-fachen bis 12-fachen, der zwischen zwei benachbarten Ausnehmungen, beispielsweise den Ausnehmungen 22-1 und 22-2, gemessenen Stegbreite STB des Stegs 24-2 entspricht.
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An dem Befestigungsabschnitt 20 bzw. an den Befestigungsabschnitten 20 ist das nicht tragende Funktionsbauteil 12 mittels wenigstens einer Verbindungseinrichtung 28 befestigt. Im dargestellten Beispiel sind an jedem Befestigungsabschnitt 20 zwei Schraubverbindungen 30 vorgesehen, durch die das Funktionsbauteil 12 mit den Befestigungsabschnitten 20 gekoppelt bzw. verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Funktionsbauteil 12 und dem Befestigungsabschnitt 20 ist nicht eingeschränkt auf die dargestellte Art der Schraubverbindung 30 mit zwei Schrauben. Vielmehr kann auch nur eine Schraubverbindung vorgesehen sein. Denkbar sind auch andere formschlüssige oder/und materialschlüssige Verbindungen zwischen dem Funktionsbauteil 12 und dem Befestigungsabschnitt 20.
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Die Ausnehmungen 22-1 bis 22-4 können geradlinig oder/und gebogen ausgebildet sein. Im gezeigten Beispiel sind die Ausnehmungen 22-1 und 22-4 jeweils geradlinig ausgebildet. Die Ausnehmungen 22-2 und 22-3 weisen jeweilige gerade Abschnitte auf, die über Eck des Befestigungsabschnitts 20 einen gebogenen bzw. gekrümmten Abschnitt aufweisen. Hieraus ergibt sich für das dargestellte Beispiel, dass der Befestigungsabschnitt 20 im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist. Dabei ist der Befestigungsabschnitt 20 auf drei Seiten von Ausnehmungen 22-1 bis 22-4 und den Stegen 24-1 bis 24-3 umgeben und die vierte Seite der Rechteckform wird durch den Scharnierabschnitt 26 gebildet. Anders ausgedrückt kann auch davon gesprochen werden, dass die Ausnehmungen 22-1 bis 22-4 U-förmig angeordnet sind. Im gezeigten Beispiel ist der Befestigungsabschnitt 20 durch drei Stege 24-1 bis 24-3 mit dem Hauptabschnitt 16 verbunden. Es ist allerdings denkbar, dass mehr oder weniger als drei Stege vorgesehen sind. Die Funktion der Stege 24-1 bis 24-3 liegt darin, eine ausreichende Stabilität für normale Lastfälle im Betrieb des Fahrzeugs bereitzustellen.
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Ferner kann der Befestigungsabschnitt auch eine andere Grundform als die gezeigte Rechteckform aufweisen. Beispielsweise könnten die Ausnehmungen entlang eines Kreisbogens verlaufen, und die Stege könnten sich in Radialrichtung dieses Kreisbogens erstrecken. Der Scharnierabschnitt 26 könnte in einem solchen Fall mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Befestigungsabschnitt eine Kreissehne bilden. Eine derartige kreisförmige Ausgestaltung des Befestigungsabschnitts ist rein illustrativ durch die punktierte Linie KF beim linken Befestigungsabschnitt in 1 gezeigt.
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2 zeigt in einer perspektivischen und vereinfachten Darstellung einen Hinterachsträger 14 eines ansonsten nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs von schräg unten. Der Hinterachsträger 14 umfasst das in Bezug auf 1 beschriebene tragende Fahrzeugrahmenbauteil 10 in Form eines Hilfsrahmenelements. An dem Hilfsrahmenelement 10 ist das nicht tragende Funktionsbauteil 12 befestigt. In der Darstellung der 2 sind die Ausnehmungen 22-3 und 22-4 ersichtlich sowie ein Teil des Befestigungsabschnitts 20. Bezogen auf eine Fahrzeuglängsrichtung X ist das Funktionsbauteil 12, hier die Pumpeinrichtung für individuelle Dämpfereinstellung, vor einem Elektromotor 32 angeordnet. Der Elektromotor 32 ist in Breitenrichtung Y zwischen den beiden Radaufhängungen 34 am Hinterachsträger 14 angebracht. Das Funktionsbauteil 12 kann auch eine Leistungselektronikeinheit sein.
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Im Falle einer Kollision, hier einer Auffahrkollision von hinten, erfolgt eine Deformierung des Hinterachsträgers 14, um Energie aufzunehmen. Der Elektromotor 32 bildet dabei einen nicht deformierbaren Block, der beim Deformieren des Hinterachsträgers verschoben wird. Bei einer ausreichenden Stärke der Kollision kommt der Elektromotor 32 bzw. ein damit verbundenes Bauteil 36 in Kontakt mit dem Funktionsbauteil 12.
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Aufgrund der Befestigung des Funktionsbauteils 12 an den Befestigungsabschnitten 20 des Hilfsrahmenelements 10 (Fahrzeugrahmenbauteil) führen die wirkenden Kräfte dazu, dass die Stege 24-1 bis 24-3 (siehe 1) brechen und die Befestigungsabschnitte 20 im Bereich der Scharnierabschnitte 26 (1) verformt bzw. gebogen werden. Entsprechend wird das mit den Befestigungsabschnitten 20 verbundene Funktionsbauteil 12 nach vorne verschwenkt, wobei die Scharnierabschnitte 26 der Befestigungsabschnitte 20 sozusagen ein Schwenkachse bilden. Anders ausgedrückt werden die Befestigungsabschnitte 20 an vordefinierten Sollbruchstellen (Stege 24-1 bis 24-3) vom Hauptabschnitt 16 gelöst, so dass das daran befestigte Funktionsbauteil 12 von der Kollisionsrichtung weg verlagert bzw. verschwenkt bzw. eingedreht werden kann.
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Der Zustand eines nach vorne verschwenkten bzw. verlagerten Funktionsbauteils 12 ist in 3 gezeigt, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit der Elektromotor 32 weggelassen worden ist. Aus der Darstellung wird ersichtlich, dass bei verschwenktem bzw. verlagertem Funktionsbauteil die Gesamtstruktur des Fahrzeugrahmenbauteils 10 im Wesentlichen intakt bleibt. Einzig die durch das Verschwenken der Befestigungsabschnitte 20 verbleibenden Öffnungen 38 bilden eine leichte Schwächung der Fahrzeugrahmenbauteils 10. Durch das Verschwenken bzw. Wegklappen des Funktionsbauteils 12, hier der Pumpeinrichtung, bleibt das Funktionsbauteil 12 im Wesentlichen unbeschädigt, weil die Sollbruchstellen (Stege 24-1 bis 24-3) ein geringeres Kraftniveau aushalten als das Gehäuse des Funktionsbauteils 12. Im Übrigen sind in 3 zum besseren Verständnis weitere Bezugszeichen angegeben, die unter Bezugnahme auf die 1 oben bereits beschrieben worden sind. Die Beschreibung zur 1 kann entsprechend auch in Zusammenschau mit der 3 verstanden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6029765 [0003]
- US 6367869 [0003]
