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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie mit einem Wasserkasten nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Der Wasserkasten ist Bestandteil der Karosseriestruktur im Vorderwagenbereich eines Fahrzeugs. Dessen Innenraum ist im Wesentlichen flüssigkeits- und schmutzdicht gegenüber dem fahrzeugvorderen Motorraum abgegrenzt. Im Wasserkasten-Innenraum sind unter anderem zum Beispiel Komponenten einer Fahrzeuginnenraum-Belüftung verbaut.
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Ein Wasserkasten weist eine sich in der Fahrzeugquerrichtung erstreckende Wasserkasten-Vorderwand auf. Diese verläuft in der Einbaulage in der Fahrzeugquerrichtung zwischen seitlichen Federbeindomen. Die Wasserkasten-Vorderwand ist mit einem nach fahrzeugvorne schräggestellten Vorderwand-Grundkörper ausgebildet, an dessen fahrzeugvorderer Oberkante eine Dichtungsleiste für eine Querdichtung ausgebildet ist, und dessen fahrzeughintere Unterkante an einer Fahrzeug-Querbaugruppe angebunden ist. In einem Crashfall, insbesondere Kopfaufprallfall, wird eine Aufprallkraft von einer Fahrzeug-Frontklappe über die Querdichtung in die Wasserkasten-Vorderwand eingeleitet.
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Die Wasserkasten-Vorderwand ist im Hinblick auf verschiedene Betriebszustände auszulegen. Im Normalbetrieb muss die Wasserkasten-Vorderwand eine bauteilsteife Abstützung der Fahrzeug-Frontklappe gewährleisten. Demgegenüber muss die Wasserkasten-Vorderwand im Crashfall eine Aufpralldämpfung gewährleisten, um eine ausreichend große Eintauchtiefe der Fahrzeug-Frontklappe bereitzustellen. Als Maßnahme zur Aufpralldämpfung kann im Stand der Technik die Wasserkasten-Vorderwand als ein Kunststoffelement mit integrierter Sollbruchstelle realisiert sein. In diesem Fall ist jedoch die Wasserkasten-Vorderwand im Hinblick auf die sehr hohen Fahrzeug-Betriebstemperaturen temperaturfest (das heißt hitzebeständig) auszulegen, was mit hohen Materialkosten sowie hohem Fertigungsaufwand verbunden ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fahrzeugkarosserie mit einem Wasserkasten bereitzustellen, der in konstruktiv einfacher Weise für unterschiedliche Betriebszustände ausgelegt ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist der Vorderwand-Grundkörper über zumindest ein Stützelement auf einer Fahrzeug-Unterstruktur, zum Beispiel einem Klimagerät einer Klimaanlage, abgestützt. Im Normalbetrieb ist mittels des Stützelementes eine bauteilsteife Abstützung der Fahrzeug-Frontklappe auf der Wasserkasten-Vorderwand gewährleistet. Das erfindungsgemäße Stützelement weist zumindest eine Sollbruchstelle auf. Diese ist ausgelegt, um im Crashfall, insbesondere Kopfaufprallfall, zu brechen. Dadurch wird ein Deformationsweg der Wasserkasten-Vorderwand in der Fahrzeughochrichtung nach fahrzeugunten freigegeben, wodurch eine Aufpralldämpfung mit ausreichend großer Eintauchtiefe der Fahrzeug-Frontklappe gewährleistet ist.
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In einer technischen Umsetzung kann die Wasserkasten-Vorderwand konstruktiv einfach als ein Metallblechteil gefertigt sein. Im Gegensatz dazu kann das Stützelement als ein separates Anbauteil gefertigt sein, das bei der Fahrzeugmontage an der Wasserkasten-Vorderwand befestigbar ist. Bevorzugt kann das Stützelement als ein separates Kunststoffbauteil bereitgestellt sein. Das Stützelement kann an einer Stützelement-Anbindungsstelle am Vorderwand-Grundkörper angebunden sein. Demgegenüber kann das Stützelement lediglich in loser Anlage auf der Fahrzeug-Unterseite abgestützt sein.
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In einer konstruktiv einfachen Weise kann die Stützelement-Anbindungsstelle als eine Bajonettverbindung realisiert sein, bei der eine Bajonettkontur des Stützelementes in einer Steck-Dreh-Richtung mit einer Gegenkontur des Vorderwand-Grundkörpers verbindbar ist. Hierzu kann das Stützelement einen Höhenanschlag aufweisen. Bei der Stützelement-Montage kann das Stützelement in einem ersten Fügeschritt in der Steckrichtung in eine Montageöffnung des Vorderwand-Grundkörpers eingesteckt werden, bis der Stützelement-Höhenanschlag in lose Anlage mit einem zugewandten Öffnungsrandbereich der Montageöffnung kommt. Anschließend folgt ein zweiter Fügeschritt, bei dem das Stützelement in der Drehrichtung in eine Verriegelungsposition gedreht wird, in der die Stützelement-Bajonettkontur die Gegenkontur des Vorderwand-Grundkörpers hintergreift.
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Zur Realisierung der Bajonettverbindung kann der Öffnungsrand der Montageöffnung des Vorderwand-Grundkörpers zumindest eine, den Öffnungsquerschnitt erweiternde Einführnut aufweisen. Der Öffnungsrand kann die Gegenkontur der Bajonettverbindung bilden. In diesem Fall kann im ersten Fügeschritt die am Stützelement ausgebildete Bajonettkontur störkonturfrei durch die Einführnut der Montageöffnung geführt werden.
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Für eine einwandfreie Funktionsfähigkeit kann die Bajonettverbindung einen Drehanschlag aufweisen. Bei Erreichen des Drehanschlags im zweiten Fügeschritt (das heißt Drehbewegung) kommt das Stützelement in seine Verriegelungsstellung. Der Drehanschlag kann als eine Anschlagwand der Bajonettkontur ausgebildet sein, die mit einer korrespondierenden Anschlagkante im Öffnungsrand der Montageöffnung zusammenwirken kann.
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In einer konkreten Ausführungsvariante kann das Stützelement einen ausgeweiteten Elementkopf aufweisen, von dem ein Elementschaft abragt. Im ausgeweiteten Elementkopf kann die Bajonettkontur ausgebildet sein. Die Schaftspitze des Elementschafts kann in Anlage mit der Fahrzeug-Unterstruktur sein. Im Hinblick auf einen Ausgleich von Bauteil- und/oder Fertigungstoleranzen ist es bevorzugt, wenn die Schaftspitze aus einer elastisch nachgiebigen Kunststoff-Weichkomponente gebildet ist, während das restliche Stützelement aus einer Kunststoff-Hartkomponente gebildet sein kann.
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Im Hinblick auf eine konstruktiv einfache Ausführung kann der Elementschaft ein Hohlschaft sein. Der Elementkopf kann einen ringförmigen Grundkörper aufweisen, der an seinem Innenumfang über zumindest einen dünnwandigen Materialsteg am Elementschaft angebunden ist. Der dünnwandige Materialsteg wirkt als die Sollbruchstelle. Im Kopfaufprallfall bricht daher der ringförmige Grundkörper des Elementkopfes vom Elementschaft ab.
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Der Elementkopf kann zudem eine Deckwand aufweisen, die den Hohlschaft nach fahrzeugoben abschließt. Alternativ und/oder zusätzlich kann in der Deckwand eine querverlaufende Nut mit einem materialreduzierten Nutboden ausgebildet sein. Die Nut definiert eine Knickachse in der Deckwand. Im Crashfall kann das Stützelement um diese Knickachse deformiert werden. Im Hinblick auf eine betriebssichere Deformation ist es bevorzugt, wenn der Elementschaft zweiteilig ausgeführt ist, und zwar mit zwei Schaftwänden, die einander mit Bezug auf die Knickachse gegenüberliegen. Im Crashfall werden die beiden Schaftwände um die Knickachse nach fahrzeugaußen geknickt bzw. gespreizt. Auf diese Weise wird die Bauhöhe des Stützelementes in der Fahrzeughochrichtung reduziert (und damit das im Crashfall vorhandene Stützelement-Blockmaß).
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In einer alternativen Ausführungsvariante kann der Elementschaft nach fahrzeugoben offen gestaltet sein, während seine Schaftspitze mit einem Schaftboden geschlossen ist. Auf diese Weise bildet das Stützelement im Normalbetrieb in Doppelfunktion eine nach fahrzeugoben offene topfförmige Flüssigkeitsaufnahme. Im Hinblick auf eine einfache Montage des Stützelementes ist es ferner bevorzugt, wenn am Stützelement-Außenumfang ein Montageeingriff, etwa eine Riffelung, ausgebildet ist.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 in einer perspektivischen Teildarstellung einen Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs mit weggelassener Frontklappe sowie mit weggelassener Wasserkasten-Abdecku ng;
- 2 in einer Schnittansicht den Wasserkasten;
- 3 bis 5 unterschiedliche Ansichten eines in der Wasserkasten-Vorderwand verbauten Stützelementes;
- 6 eine Ansicht entsprechend der 2 im Crashfall;
- 7 und 8 ein Stützelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist in einer perspektivischen Darstellung von oben ein Motorraum 1 gezeigt, an dem sich in der Fahrzeuglängsrichtung x nach fahrzeughinten ein Wasserkasten 3 anschließt. Ein Wasserkasten-Innenraum 5 (2) ist in der Fahrzeuglängsrichtung x von einer fahrzeugvorderen Wasserkasten-Vorderwand 7 und einer nicht gezeigten fahrzeughinteren Rückwand begrenzt. Der Wasserkasten 3 erstreckt sich in der 1 in der Fahrzeugquerrichtung y mit seiner Wasserkasten-Vorderwand 7 zwischen zwei seitlichen Federbeindomen 13. In der 2 ist der Wasserkasten-Innenraum 5 durch eine KunststoffAbdeckung 11 nach fahrzeugoben geschlossen. Zudem ist die Wasserkasten-Vorderwand 7 in flacher Einbaulage im Vorderwagenbereich angeordnet.
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Die Wasserkasten-Vorderwand 7 weist in der 2 einen schräggestellten Vorderwand-Grundkörper 8 auf, der an seiner fahrzeughinteren Unterkante 9 an einer Fahrzeug-Querbaugruppe 15 angebunden ist und an seiner fahrzeugvorderen Oberkante 17 mit einer horizontal ausgerichteten, nach fahrzeugvorne abragenden Dichtungs-Ansteckleiste 19 ausgebildet ist. Auf der Dichtungs-Ansteckleiste 19 ist eine Querdichtung 21 aufgesteckt, die sich in der Fahrzeugquerrichtung y über den gesamten Motorraum 1 erstreckt. Eine Fahrzeug-Frontklappe 23 (2) ist mit ihrer Unterseite in Dichtanlage auf der Querdichtung 21 abgestützt.
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Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist in dem Vorderwand-Grundkörper 8 ein Stützelement 25 montiert, das mit Längsabständen zur fahrzeugvorderen Oberkante 17 und zur fahrzeughinteren Unterkante 9 versetzt angeordnet ist. Das Stützelement 25 ist mit seinem ausgeweiteten Elementkopf 27 (4) in Bajonettverbindung B mit einer Montageöffnung 29 (3) des Vorderwand-Grundkörpers 8. Von dem Elementkopf 27 ragt ein Elementschaft 31 (4) ab, dessen Schaftspitze in Anlage mit einer Fahrzeug-Unterstruktur 33 ist. Die Schaftspitze ist in der 2 aus einer Kunststoff-Weichkomponente 35 gebildet, während das restliche Stützelement 25 aus einer Kunststoff-Hartkomponente 34 gefertigt ist.
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Nachfolgend wird die Bauteilgeometrie des Stützelementes 25 sowie die Stützelement-Montage am Vorderwand-Grundkörper 8 beschrieben: Demzufolge weist der Elementkopf 27 in der 4 einen ringförmigen Grundkörper 37 auf. An dessen Außenumfang sind drei umfangsverteilte Bajonettkonturen 39 (3) ausgebildet, die mit einem Öffnungsrand 30 der Montageöffnung 29 des Vorderwand-Grundkörpers 9 zusammenwirkt. Der ringförmige Grundkörper 37 des Elementkopfes 27 ist an seinen Innenumfang über einen dünnwandigen Materialsteg 41 am Außenumfang des Elementschafts 31 angebunden. Der Materialsteg 41 wirkt in einem später beschriebenen Crashfall (6) als eine Sollbruchstelle. Zudem weist der Elementkopf 27 in den 2 bis 5 eine Deckwand 43 auf, die den Hohlschaft 31 nach fahrzeugoben abschließt. Der Hohlschaft 31 ist nach fahrzeugunten an seiner Schaftspitze offen gestaltet.
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In der Deckwand 43 des Stützelements 25 ist eine querverlaufende Nut 45 (4) mit einem materialreduzierten Nutboden 47 ausgebildet. Die Nut 45 definiert eine im Crashfall aktive Knickachse K. Der Hohlschaft 31 des Stützelementes 25 ist zweiteilig ausgeführt, und zwar mit zwei Schaftwänden 49, die einander mit Bezug auf die Knickachse K mit Abstand gegenüberliegen.
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Am Außenumfang des ringförmigen Grundkörpers 37 des Stützelements 25 ist ein radial nach außen abragender Anschlagflansch 51 ausgebildet, der in Umfangsrichtung durch die drei gleichmäßig umfangsverteilten Bajonettkonturen 39 unterbrochen ist.
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Bei der Montage wird das Stützelement 25 in einem ersten Fügeschritt in der Steckrichtung I (3) in die Montageöffnung 29 des Vorderwand-Grundkörpers 8 eingesteckt, bis der Stützelement-Anschlagflansch 51 in Anlage mit dem zugewandten Öffnungsrandbereich der Montageöffnung 29 kommt. Wie aus der 3 hervorgeht, weist der Öffnungsrand 30 der Montageöffnung 29 des Vorderwand-Grundkörpers 8 insgesamt drei, den Öffnungsquerschnitt erweiternde Einführnuten 52 auf. Im ersten Fügeschritt werden die Bajonettkonturen 39 des Stützelementes 25 jeweils durch eine der Einführnuten 52 bewegt, bis der Stützelementflansch 51 in Anschlag mit dem Öffnungsrandbereich der Montageöffnung 29 des Vorderwand-Grundkörpers 8 kommt.
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Anschließend erfolgt ein zweiter Fügeschritt, bei dem das Stützelement 25 in der Drehrichtung II bis in seine Verriegelungsposition gedreht wird. In der Verriegelungsposition ist ein vom Stützelement-Anschlagflansch 51 nach oben abragender Drehanschlag 55 in Anlage mit einer Nut-Seitenkante 53 (3) der Einführnut 52 gebracht.
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Anhand der 6 ist die Wirkungsweise des Stützelementes 25 bei einem Kopfaufprall gezeigt. Demzufolge werden durch Krafteinwirkung FA zunächst die beiden Schaftwände 49 um die Knickachse K auseinandergespreizt, um die Bauhöhe des Stützelementes 25 zu reduzieren. Im weiteren Crashverlauf bricht das Stützelement 25 am dünnwandigen Materialsteg 41 auseinander, um einen zusätzlichen Deformationsweg Δz für die Wasserkasten-Vorderwand 7 bereitzustellen.
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In den 7 und 8 ist das Stützelement 25 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Stützelement 25 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist bezüglich seiner Wirkungsweise sowie seinem Aufbau grundsätzlich identisch mit dem Stützelement 25 des ersten Ausführungsbeispiels. Von daher wird auf die Vorbeschreibung verwiesen. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Hohlschaft 31 des Stützelementes 25 nach fahrzeugoben offen gestaltet, während der Hohlschaft 31 an der Schaftspitze mit einem Schaftboden 57 geschlossen ist. Die Schaftwand 49 ist in Umfangsrichtung nicht mehr zweigeteilt, sondern in Umfangsrichtung geschlossen. Auf diese Weise bildet das Stützelement 25 in Doppelfunktion eine topfartige Flüssigkeitsaufnahme, bei der im Normalbetrieb Flüssigkeit gesammelt werden kann.
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Am Außenumfang des Stützelementes 25 ist eine Riffelung angeformt, die bei der Stützelement-Montage als Montageeingriff für den Werker dient.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motorraum
- 3
- Wasserkasten
- 5
- Wasserkasten-Innenraum
- 7
- Vorderwand
- 8
- Vorderwand-Grundkörper
- 9
- Vorderwand-Unterkante
- 11
- Kunststoffabdeckung
- 13
- Federbeindom
- 15
- Querbaugruppe
- 17
- Vorderwand-Oberkante
- 19
- Dichtungs-Ansteckleiste
- 21
- Querdichtung
- 23
- Fahrzeug-Frontklappe
- 25
- Stützelement
- 27
- Elementkopf
- 29
- Montageöffnung
- 30
- Öffnungsrand
- 31
- Elementschaft
- 33
- Unterstruktur
- 34
- Kunststoff-Hartkomponente
- 35
- Kunststoff-Weichkomponente
- 37
- ringförmiger Grundkörper
- 39
- Bajonettkontur
- 41
- Materialsteg
- 43
- Deckwand
- 45
- querverlaufende Nut
- 47
- Nutboden
- 49
- Schaftwand
- 51
- Stützelement-Flansch
- 52
- Einführnut
- 53
- Anschlagkante
- 55
- Drehanschlag-Wand
- 57
- Schaftboden
- 59
- Montageeingriff
- B
- Bajonettverbindung
- FA
- Aufprallkraft
- K
- Knickachse
- Δz
- Deformationsweg bzw. Eintauchtiefe
