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Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Schutzstruktur für einen Montageträger in einem Vorderwagen eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
DE 10 2006 023 051 B4 ist eine Tragstruktur für ein Frontend eines Kraftwagens bekannt, die einen U-förmigen als Aufnahmerahmen bezeichneten Montageträger für eine Kühleranordnung umfasst. Der U-förmige Aufnahmerahmen ist gebildet durch sich in Fahrzeughochrichtung erstreckende Träger und eine die oberen Enden der Träger verbindende Querbrücke. An den unteren Enden der Träger ist jeweils eine bogenförmig ausgebildete Stützstrebe befestigt, die für eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung in Fahrzeuglängsrichtung von einer Haltestellung H in eine Ausweichstellung A zurückverlagerbar sind. Nachteilig an diesen Stützstreben ist, dass von unten auf diese einwirkende Kräfte, wie sie bei einem Aufsetzen des Kraftfahrzeuges beim Abfahren von einem hohen Bordstein und einem dadurch bedingten Einfedern der Karosserie auftreten können, unmittelbar von den Stützstreben in die Träger eingeleitet werden, da diese fest miteinander verbunden sind. Die Stützstreben bieten daher in dem vorstehend skizzierten Fall keinen Schutz für den Aufnahmerahmen.
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Aus
EP 2 719 565 B1 ist eine Vorbaustruktur für ein Nutzkraftfahrzeug bekannt. Diese Vorbaustruktur umfasst eine Anordnung mit einem Stoßfängerquerträger, der in bekannter Weise über Deformationselemente und ein flächiges Schottblech an die Stirnseiten der Rahmenlängsträger angeschlossen ist. Ein Unterfahrschutz-Querträger ist unmittelbar über zwei Vertikalstreben an die Schottbleche angebunden. An dem Unterschutz-Querträger sind zwei weitere, untere Längsträger befestigt, die unterhalb der Rahmenlängsträger verlaufen. Ein Montageträger zur Aufnahme eines in Fahrzeuglängsrichtung hinter dem Stoßfängerquerträger angeordneten Kühlermoduls wird zwar durch den Unterschutz-Querträger und die sich daran anschließenden unteren Längsträger geschützt. Nachteilig ist jedoch, dass diese Ausführung mit zwei zusätzlichen unteren Längsträgern sehr massiv ist, ein hohes Fahrzeuggewicht zur Folge hat und die unteren Längsträger erheblichen Bauraum beanspruchen. Ferner ist der Unterschutz-Querträger bei dieser Ausführungsform sehr steif und daher für Fußgängerschutz-Anwendungen eher ungeeignet.
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WO 2017/216049 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeug, welches eine Karosserie mit einer Bodengruppe aufweist. In einem Bereich eines Fahrzeughecks erstrecken sich zwei zueinander beabstandete Längsträger parallel zur Fahrzeuglängsrichtung bis zum Fahrzeugheck. An dem jeweiligen Längsträger ist ein Stoßfängerquerträger einer Stoßfängeranordnung über jeweils ein Deformationselement verbunden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung einer Schutzstruktur für einen Montageträger in einem Vorderwagen eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung zu stellen, die einen Montageträger von der Unterseite her effizient vor Beschädigung schützt, wobei das Gewicht, der beanspruchte Bauraum und die Kosten für die Anordnung möglichst gering sein sollen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruch 1. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung einer Schutzstruktur für einen Montageträger in einem Vorderwagen eines Kraftfahrzeuges umfasst mindestens einen Stoßfängerquerträger, der mittelbar oder unmittelbar mit Längsträgern verbunden ist. Die Verbindung des Stoßfängerquerträgers mit einem rechten und einem linken Längsträger erfolgt üblicherweise dadurch, dass sich an den Stoßfängerquerträger ein sogenanntes Deformationselement anschließt (auch Pralltopf genannt). Rückseitig des Deformationselements ist üblicherweise eine Schottplatte befestigt, die dazu genutzt wird, den Stoßfängerquerträger an den sich hinter dem Deformationselement und der Schottplatte anschließenden Längsträgern zu verbinden. Dazu sind an den vorderseitigen Enden der Längsträger häufig entsprechende Längsträger-Schottplatten befestigt, die mit den rückseitig der Deformationselemente angeordneten Schottplatten fest verbunden werden, insbesondere durch Verschrauben und/oder Verschweißen. Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst ferner einen in Fahrzeughochrichtung unterhalb des Stoßfängerquerträgers angeordneten Fußgängerschutzquerträger. Die Schutzstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung ist an mindestens einem der Elemente Schottplatte oder Längsträger angebunden, wobei die Schutzstruktur in Fahrzeuglängsrichtung hinter dem Fußgängerschutzquerträger und beabstandet zu dem Fußgängerschutzquerträger angeordnet ist und sich die Schutzstruktur in einen Bereich unterhalb der Längsträger erstreckt. Mit einer derartigen Anordnung und insbesondere der Schutzstruktur der Anordnung kann ein Montageträger, insbesondere der Montageträger zur Aufnahme für ein Kühlermodul, von der Unterseite her effizient vor Beschädigung geschützt werden. Das Gewicht der Anordnung, insbesondere der Schutzstruktur einer solchen Anordnung, kann dabei sehr gering gehalten werden, weil es ausreichend ist, dass die Schutzstruktur ausreichend große, in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) wirkende Kräfte von der Unterseite her aufnimmt und die Schutzstruktur lediglich lokal in einem Bereich unterhalb des Montageträgers angeordnet sein muss.
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Vorteilhaft an einer erfindungsgemäßen Anordnung ist ferner, dass die Schutzstruktur in Fahrzeuglängsrichtung beabstandet zu dem Fußgängerschutzquerträger angeordnet ist. Dadurch sind Lastfälle, mit in Fahrzeuglängsrichtung von vorne nach hinten auf den Fußgängerschutzquerträger einwirkenden Kräfte entkoppelt von solchen Lastfällen, bei welchen von der Unterseite her in Fahrzeughochrichtung nach oben einwirkende Kräfte auf die Schutzstruktur einwirken. Die Auslegung des Fußgängerschutzquerträgers und der Schutzstruktur kann daher völlig unabhängig voneinander erfolgen.
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Die Schutzstruktur weist mindestens eine, sich überwiegend in Fahrzeughochrichtung und/oder mindestens eine, sich zumindest auch in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Strebe auf. Besonders bevorzugt ist es, wenn sowohl eine vordere, sich überwiegend in Fahrzeughochrichtung erstreckende Strebe vorgesehen ist und zusätzlich eine, sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Strebe vorgesehen ist, die unmittelbar oder mittelbar miteinander verbunden sind. In diesem Fall können insbesondere über die sich überwiegend in Fahrzeughochrichtung erstreckende Strebe von unten einwirkende Kräfte sehr gut aufgenommen werden, wobei über die sich zumindest auch in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Strebe sich zumindest teilweise in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Kräfte aufgenommen werden. Dies können beispielsweise solche Kräfte sein, die beim Abfahren von einer Bordsteinkante durch die Geschwindigkeit des Fahrzeuges in Fahrzeuglängsrichtung zusätzlich zu den von unten auf die Schutzstruktur einwirkenden Kräften in Fahrzeughochrichtung einwirken.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung weist mindestens eine Strebe der Schutzstruktur eine dreieckige, T-förmige oder L-förmige Grundform auf. Diesbezüglich wird insbesondere auf eine sich überwiegend in Fahrzeughochrichtung erstreckende Strebe verwiesen, die an zumindest einem ihrer Enden einen sich in Fahrzeuglängsrichtung oder in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Ausleger aufweist, der über eine schräg verlaufende Zusatzstrebe eine dreieckige Grundform aufweist. Mit einer derartig ausgebildeten Schutzstruktur können sowohl in Fahrzeughochrichtung als auch in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Kräfte gut aufgenommen werden, ohne dass ein lokales Versagen in einem Endbereich der Strebe befürchtet werden muss.
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Die Herstellungskosten für eine Schutzstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung können besonders gering gehalten werden, wenn die Schutzstruktur durch mehrere Einzelelemente gebildet ist. Dies gilt insbesondere für Einzelelemente, die als einfache Profilstrukturen am Markt verfügbar sind.
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Diesbezüglich wird insbesondere auf Einzelelemente verwiesen, die als Strangpressprofile hergestellt sind, insbesondere Strangpressprofile aus metallischen Werkstoffen. Alternativ oder in Ergänzung zu den vorstehend bereits erwähnten Strangpressprofilen sind auch andere Umformteile als Einzelelemente in vielen verschiedenen Gestaltungen kostengünstig am Markt verfügbar. Die vorstehend in Verbindung mit Strangpressprofilen erwähnten Kostenvorteile gelten insoweit auch für Umformteile, insbesondere Umformteile aus metallischen Werkstoffen. Der Vollständigkeit halber wird auch auf jegliche andere Herstellungsformen für Einzelelemente verwiesen, insbesondere auf Gussteile, spanend hergestellte Einzelteile und durch additive Fertigungsverfahren hergestellte Einzelteile. Ebenfalls wird darauf verwiesen, dass die Schutzstruktur aus mehreren Einzelelementen gebildet sein kann, die auf geeignete Art und Weise miteinander zu einer Funktionseinheit verbunden sind.
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Wenn die Schutzstruktur durch Einzelelemente gebildet ist, werden diese vorzugsweise vor der Montage an einem Kraftfahrzeug zu einer Funktionseinheit fest miteinander verbunden, so dass die Schutzstruktur als eine kompakte Zusammenbaueinheit an einer Fertigungslinie verbaut werden kann. Dies kann insbesondere durch Vernieten, Verlöten, Verschweißen und/oder Verpressen erfolgen.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist als in Fahrzeughochrichtung betrachtet unterstes Element der Schutzstruktur ein sich überwiegend in Fahrzeuglängsrichtung und in Fahrzeugquerrichtung erstreckendes Krafteinleitungselement vorgesehen. Diesbezüglich wird insbesondere auf ein kufenartig ausgebildetes Krafteinleitungselement verwiesen, bei dem es sich beispielsweise um ein Umformteil mit einer in Fahrzeughochrichtung nach unten weisenden Auflagerfläche handeln kann. Eine derartige Auflagerfläche ist insbesondere überwiegend horizontal orientiert, so dass es im Falle eines Einfederns des Kraftfahrzeuges zu einer flächigen Kontaktierung der Auflagerfläche mit einem Bordstein oder einem sonstigen, von einer Fahrbahnoberfläche nach oben hervorstehenden Element kommt.
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Um die Steifigkeit einer erfindungsgemäßen Anordnung, insbesondere die Steifigkeit eines rechten Schutzstruktur und einer linken Schutzstruktur, zu erhöhen, ist es bevorzugt, wenn eine rechte Schutzstruktur unterhalb eines rechten Längsträgers und eine linke Schutzstruktur unterhalb eines linken Längsträgers angeordnet sind, wobei ein sich zwischen den Schutzstrukturen erstreckendes Quer-Verbindungselement vorgesehen ist. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn ein Quer-Verbindungselement vorgesehen ist, das sich unmittelbar von einer unteren Hälfte, insbesondere vom unteren Ende der rechten Schutzstruktur zu dem unteren Ende bzw. der unteren Hälfte der linken Schutzstruktur, erstreckt.
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In einer weiteren praktischen Ausführungsform ist an dem Quer-Verbindungselement mindestens eine weitere Schutzstruktur befestigt. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit einem Quer-Verbindungselement bevorzugt, das sich beabstandet von dem jeweils unteren Ende der rechten Schutzstruktur und der linken Schutzstruktur erstreckt, so dass sich von dem Quer-Verbindungselement nach unten erstreckend ein oder mehrere weitere Schutzstrukturen erstrecken können. Solche Schutzstrukturen sind vorzugsweise zumindest in dem unteren, zum Boden orientierten Bereich, analog zu dem unteren Bereich der rechten Schutzstruktur und der linken Schutzstruktur gestaltet.
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Alternativ zu der vorstehend bereits beschriebenen Ausführungsform einer Anordnung mit einer Schutzstruktur aus einem Metallwerkstoff wird auch auf die Möglichkeit verwiesen, eine Schutzstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung aus Kunststoff oder aus einem anderen Werkstoff herzustellen.
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Als besonders geeignet hat es sich erwiesen, wenn die Schutzstruktur einer erfindungsgemäßen Anordnung zusammen mit dem Längsträger eine in einer Seitenansicht trapezförmige Grundform aufweist, insbesondere eine Grundform mit einer vorderen, sich überwiegend in Fahrzeughochrichtung erstreckenden Strebe und einer hinteren, sich in Fahrzeughochrichtung und in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Strebe, wobei zwischen den jeweils unteren Enden der beiden Streben eine sich horizontal in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Auflagefläche vorgesehen ist.
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Der Vollständigkeit halber wird darauf verwiesen, dass als „trapezförmig“ im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auch solche Geometrien angesehen werden, bei denen die zwei üblicherweise parallelen Seiten nicht ganz parallel zueinander verlaufen und eine Abweichung von bis zu 15 Grad aufweisen. Vorzugsweise sind die parallelen Seiten überwiegend in Fahrzeuglängsrichtung orientiert und teilweise durch den rechten oder linken Längsträger eines Kraftfahrzeuges gebildet.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Schutzstruktur in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne,
- 2 die Anordnung aus 1 in einer Ansicht von vorne,
- 3 die Anordnung aus den 1 und 2 in einer Seitenansicht von außen,
- 4 den in 3 mit IV gekennzeichneten Bereich in einer vergrößerten Darstellung,
- 5 die einzelnen Elemente der Schutzstruktur aus den 1 bis 4 in einer Explosionsdarstellung,
- 6 eine weitere Ausführungsform einer alternativen Schutzstruktur in einer Seitenansicht,
- 7 eine weitere Ausführungsform einer alternativen Schutzstruktur in einer Seitenansicht,
- 8 eine weitere Ausführungsform einer alternativen Schutzstruktur in einer Seitenansicht,
- 9 eine weitere Ausführungsform einer alternativen Schutzstruktur in einer Seitenansicht und
- 10 eine weitere Ausführungsform einer alternativen Schutzstruktur in einer Seitenansicht.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung 10 mit einer Schutzstruktur 12 (vgl. 5), die zum Schutz eines in den Figuren nicht dargestellten Montageträgers dient. Bei dem Montageträger handelt es sich um ein hinter einem Stoßfängerquerträger 14 angeordneten Rahmen, welcher ein Kühlermodul des Kraftfahrzeuges vollständig oder teilweise umschließt. Derartige Montageträger sind in den meisten Fällen entweder als geschlossene rechteckige Rahmen oder als U-förmige offene Rahmen gestaltet, zwischen deren sich in Fahrzeughochrichtung erstreckenden Vertikalträgern ein Kühlermodul angeordnet ist.
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In 1 ist ein sich von dem Stoßfängerquerträger 14 in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) nach hinten erstreckendes Deformationselement 16 zu erkennen, an dessen hinteren Ende eine Schottplatte 18 angeordnet ist. An die Schottplatte 18 schließt sich in Fahrzeuglängsrichtung dahinter ein linker Längsträger 20 an. Das in 1 nicht gezeigte rechte Ende des Stoßfängerquerträgers 14 ist genau so gestaltet, in 1 ist lediglich der rechte Längsträger 20 zu erkennen sowie ein Teil der rechten Schutzstruktur 12.
Die erfindungsgemäße Anordnung 10 wird im Folgenden ausschließlich am Beispiel der Anordnung der Schutzstruktur 12 im Bereich des linken Längsträgers 20 beschrieben.
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In allen 1 bis 10 sind die Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung), die Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) und die Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) mit Hilfe von x-y-z-Koordinatensystemen kenntlich gemacht. Die Richtung der Schwerkraft ist entgegengesetzt zu dem Pfeil der z-Richtung orientiert. Die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges entspricht der Richtung des x-Pfeiles.
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In 1 ist noch zu erkennen, dass unterhalb des Stoßfängerquerträgers 14 ein Fußgängerschutzquerträger 22 angeordnet ist. Der Fußgängerschutzquerträger 22 ist über zwei, sich in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) erstreckende Verbindungselemente 24, von welchen in 1 nur das linke erkennbar ist, mit dem Stoßfängerquerträger 14 verbunden.
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Wie insbesondere in der Explosionsdarstellung der 5 gut erkennbar ist, ist die Schutzstruktur 12 in der gezeigten Ausführungsform aus fünf Einzelelementen gebildet. Die Einzelelemente sind in der gezeigten Ausführungsform Umformelemente aus Metall, die jeweils einfach und kostengünstig herstellbar sind. Die Einzelelemente sind vor der Montage, wie in 1 gezeigt, mit der Schottplatte 18 und mit dem Längsträger 20 zu einer Funktionseinheit vormontiert. Die Schutzstruktur 12 in Form der vormontierten Funktionseinheit ist in der erfindungsgemäßen Anordnung 10, wie diese in den 1 bis 4 gezeigt ist, fest und somit starr mit der Schottplatte 18 und dem Längsträger 20 verbunden.
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Wie in 5 dargestellt, ist die Schutzstruktur 12 in der gezeigten Ausführungsform gebildet durch eine Z-Strebe 26, eine Kufe 28, eine Querstrebe 30, ein erstes Konsolenelement 32 und ein zweites Konsolenelement 34. Die Konsolenelemente 32, 34 dienen zur Bereitstellung einer Anlagefläche 36 mittels des zweiten Konsolenelements 34 sowie zur Versteifung der Verbindung zwischen der Querstrebe 30 und dem zweiten Konsolenelement 34 mit Hilfe des ersten Konsolenelements 32.
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Wie sich aus einer Zusammenschau der 1 bis 5 ergibt, erstreckt sich die Z-Strebe 26 überwiegend in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung). Das untere Ende der Z-Strebe 26 ist L-förmig gestaltet. Aufgrund einer sich aus einem mittleren Bereich der Z-Strebe 26 zu einem hinteren Bereich der Z-Strebe 26 erstreckenden Verbindungsstrebe 38 ergibt sich für die Z-Strebe 26 insgesamt eine dreieckige Grundform.
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Um die Z-Strebe 26 mit der Schottplatte 18 zu einer beigesteifen Einheit verbinden zu können, weist die Schottplatte 18 einen sich in Fahrzeughochrichtung von dem Längsträger 20 aus nach unten erstreckenden Kragen 40 auf. Mit dem Kragen 40 ist gemeint, dass die Schottplatte 18 ausgehend von einem Flächenabschnitt 42, welcher sich im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung und in Fahrzeugquerrichtung erstreckt, zumindest über einen Teil des Umfangs einen Kragenabschnitt umfasst, der sich überwiegend in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Dadurch weist die Schottplatte 18 eine höhere Biegesteifigkeit gegen in Fahrzeuglängsrichtung wirkende Kräfte auf.
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Die Kufe 28, welche das in Fahrzeughochrichtung unterste Elemente der Schutzstruktur 12 darstellt, dient als Krafteinleitungselement 44. Die Unterseite der Kufe 28 dient als Auflagerfläche 46, in welche in Fahrzeughochrichtung von unten einwirkende Kräfte, wie sie beispielsweise beim Abfahren von einem Bordstein mit dem nicht dargestellten Kraftfahrzeug auftreten können, eingeleitet werden sollen.
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Die 6 bis 10 zeigen alternative Ausführungsformen für Schutzstrukturen 12 erfindungsgemäßer Anordnung, wobei für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente im Folgenden die gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 5 verwendet werden.
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Die in 6 gezeigte Schutzstruktur 12 besteht lediglich aus einer einfachen Z-Strebe 26, deren unteres Ende eine Auflagerfläche 46 aufweist.
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Die in 7 gezeigte Schutzstruktur 12 besteht aus einer L-förmigen Funktionseinheit, die aus einer Z-Strebe 26 und einer Kufe 28 gebildet ist.
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Die in 8 gezeigte Schutzstruktur 12 besteht aus einer T-förmigen Funktionseinheit, die aus einer Z-Strebe 26 und einer Kufe 28 gebildet ist.
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Die in 9 gezeigte Funktionseinheit ist ein massives, dreieckig ausgebildetes Element, das eine sich in Fahrzeuglängsrichtung und in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Auflagerfläche 46 aufweist.
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Die in 10 gezeigte Schutzstruktur 12 ist aus einem Einzelelement gebildet, das zu einer dreieckigen Funktionseinheit umgeformt ist. Der untere Abschnitt kann als Kufe 28 angesehen werden. Die beiden anderen Elemente können als Querstreben 30 angesehen werden.
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Bei den in den 6 bis 10 gezeigten Ausführungsformen ist es vorgesehen, dass das jeweils obere Ende 48 an einer Schottplatte 18 oder einem sich hinter einer Schottplatte 18 erstreckenden Längsträger 20 anzubinden, insbesondere durch eine starre Verbindung, beispielsweise durch Verschrauben, Verschweißen, Vernieten oder auf sonstige Art und Weise. Nicht dargestellt ist in den 6 bis 10 die optional vorhandene Möglichkeit, durch das Vorsehen oder mehrerer weiterer Querstreben 30, Z-Streben 26 oder sonstiger Verbindungsstreben zusätzlich mindestens eine weitere Verbindung zu einem der Elemente Schottplatte 18 oder Längsträger 20 herzustellen. Dadurch kann die Steifigkeit einer erfindungsgemäßen Anordnung, insbesondere zur Aufnahme von in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) wirkenden Kräften, signifikant erhöht werden.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erfindungsgemäße Anordnung
- 12
- Schutzstruktur
- 14
- Stoßfängerquerträger
- 16
- Deformationselement
- 18
- Schottplatte
- 20
- Längsträger
- 22
- Fußgängerschutzquerträger
- 24
- Verbindungselement
- 26
- Z-Strebe
- 28
- Kufe
- 30
- Querstrebe
- 32
- erstes Konsolenelement
- 34
- zweites Konsolenelement
- 36
- Anlagefläche
- 38
- Verbindungsstrebe
- 40
- Kragen / Kragenabschnitt
- 42
- Flächenabschnitt
- 44
- Krafteinleitungselement
- 46
- Auflagerfläche
- 48
- oberes Ende
