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Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für eine Personenkraftwagenkarosserie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Schutzeinrichtung ist bereits aus der
DE 10 2016 010 353 A1 bekannt und umfasst wenigstens ein am äußeren Ende einer hinteren Deformationszone der Personenkraftwagenkarosserie angeordnetes beziehungsweise anzuordnendes äußeres Stützelement, welches über wenigstens eine, einen zusätzlichen, zentralen Lastpfad ausbildende Stützanordnung an wenigstens einem in einer Schutzzone der Personenkraftwagenkarosserie angeordneten Karosseriestrukturteil abgestützt beziehungsweise abstützbar ist. Mittels der Schutzeinrichtung wird dabei erreicht, dass Bauräume beziehungsweise Baueinheiten wie Energiespeicher/Hochvoltbatterien, welche sich in dem durch die Schutzeinrichtung geschützten Bereich befinden, insbesondere bei einer Heckkollision des Personenkraftwagens auf verbesserte Weise geschützt sind.
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Gerade bei Karosserien, welche für Fahrzeuge mit unterschiedlichen Antriebskonzepten (ICE, BEV, PHEV) eingesetzt werden sollen, sind jedoch unterschiedlichste Anforderungen zu erfüllen. Bei Fahrzeugen ausschließlich mit einem Antrieb mit Verbrennungsmotor (ICE) soll beispielweise der Bauraum für einen Brennstofftank maximiert werden, was wiederum bedeutet, dass jeweilige Karosseriestrukturteile/Träger möglichst klein dimensioniert werden müssen. Andererseits sollen derartige Karosseriestrukturteile/Träger bei Fahrzeugen mit einem Antrieb mit elektrischem Energiespeicher (BEV, PHEV) möglichst steif und stabil ausgebildet sein, um die Schutzeinrichtung möglichst stabil abstützen zu können.
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Aus der
DE 10 2007 023 391 A1 geht ein in einem Heckwagenbereich eines Kraftfahrzeugs angeordnetes, als stabiler Käfig ausgebildetes Schutzgehäuse für eine Fahrzeugbatterie hervor, welches einen Rahmen sowie jeweils mit Streben verstärkten Boden und Deckel umfasst. Zwischen äußeren Längsträgern der Fahrzeugkarosserie ist ein diese verbindender Querträger vorgesehen, an welchem sich bei einem Heckanprall das Schutzgehäuse - in Fahrzeuglängsrichtung gesehen - nach vorne hin abstützt, so dass die gezielt in das Schutzgehäuse eingeleiteten Kräfte aufgenommen werden.
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Aus der
EP 0 968 904 A2 geht ein Personenkraftwagen hervor, bei dem im Heckbereich eine Stützanordnung mit einer zwischen seitlichen Hauptlängsträgern angeordneten Mittelängsstrebe vorgesehen ist, welche bei einem Heckanprall einen zusätzlichen Lastpfad in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne bis zum einem mit den Hauptlängsträgern verbundenen Querträger ausbildet, so dass bei einem versetzen, anfänglich nur einen Hauptlängsträger beaufschlagenden Heckaufprall die Aufprallkräfte auch auf den anderen Hauptlängsträger übertragen und teilweise von der Mittellängsstrebe aufgenommen werden. Mittels dieser Mittellängsstrebe ergibt sich eine reduzierte, aber kontinuierliche Deformation des gesamten Heckbereichs des Personenkraftwagens. Ein besonders geschützter Bereich beziehungsweise Raum zur Unterbringung besonders schutzbedürftiger Bauteile oder Aggregate, wie beispielsweise extrem empfindliche Hochvoltbatterien, welche bei einer Intrusion beziehungsweise Beschädigung ihres Gehäuses zum raschen Entflammen neigen, ist nicht vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schutzeinrichtung zu schaffen, mittels welcher die Kraftwagenkarosserie besonders günstig auf unterschiedliche Antriebskonzepte anpassbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung zeichnet sich durch ein wenigstens ein am äußeren Ende einer hinteren Deformationszone der Personenkraftwagenkarosserie angeordnetes äußeres Stützelement auf, welches über wenigstens eine, einen zusätzlichen Lastpfad ausbildende Stützanordnung an wenigstens einem Querträger abstützbar beziehungsweise abgestützt ist. Mit anderen Worten ist durch die Schutzeinrichtung eine Abstützung am hinteren Ende der Deformationszone beispielsweise eines entsprechenden Heckabschlussteils, eines Biegequerträgers oder dergleichen geschaffen, wobei sich unter Schaffung eines zusätzlichen Lastpfades eine deutliche Verringerung der Lasten auf einen speziellen Bauraum innerhalb der Personenkraftwagenkarosserie, welcher beispielsweise zur Unterbringung einer Hochvoltbatterie genutzt werden kann, ergibt.
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Um dabei eine Schutzeinrichtung zu schaffen, mittels welcher die Kraftwagenkarosserie besonders günstig auf unterschiedliche Antriebskonzepte anpassbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schutzeinrichtung eine Verstärkung umfasst, mittels welcher der Querträger in einem Abstützbereich der Stützanordnung verstärkt ist, , wobei die Verstärkung ein Verstärkungsteil, welches mit dem Querträger im Abstützbereich einen vergrößerten Trägerquerschnitt ausbildet, und jeweilige Schottelemente umfasst, welche einen Hohlquerschnitt des Querträgers im Bereich des Verstärkungsteils aussteifen. Demzufolge umfasst die Schutzeinrichtung eine Verstärkung für den Querträger, welche beim Einsatz der Schutzeinrichtung, also insbesondere wenn der Kraftwagen mit einem elektrischen Antrieb (BEV, PHEV) mit einem zugehörigen Energiespeicher/einer zugehörigen Batterie ausgestattet ist und demzufolge zum Schutz des Energiespeichers/der Batterie die Schutzeinrichtung vorgesehen ist, neben der Stützanordnung außerdem die Verstärkung beziehungsweise entsprechende Bauteile umfasst, mittels welcher/welchen der Querträger im Abstützbereich der Stützanordnung aussteifbar ist. Hierdurch ist es möglich, bei Kraftwagen mit Verbrennungsmotor (ICE) einen relativ filigranen Querträger einzusetzen, um einem relativ großen Bauraum beispielsweise unterhalb dieses Trägers zu schaffen, in welchem ein entsprechend großer Kraftstofftank untergebracht werden kann. Soll hingegen die Kraftwagenkarosserie bei einem Kraftwagen mit einem elektrischen Antrieb (BEV, PHEV) mit einem zugehörigen Energiespeicher/einer zugehörigen Batterie zu Einsatz kommen, welcher/welche durch die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung besonders vor Beschädigungen geschützt werden soll, so ist es durch die erfindergemäße Verstärkung möglich, den Querträger im Anbindungsbereich der Stützanordnung entsprechend auszusteifen, um eine besonders stabile Abstützung im vorderen Bereich des Heckwagens zu erhalten.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verstärkung wenigstens eine Befestigungsaufnahme aufweist, an welcher die Stützanordnung befestigt ist. Hierdurch ergibt sich ein besonders stabiler Verbund zwischen der Stützanordnung und der Verstärkung.
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Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Schottelemente an dem Verstärkungsteil befestigt sind und einen Hohlquerschnitt zwischen dem Querträger und dem Verstärkungsteil aussteifen. Hierdurch lässt sich insgesamt ein zwei Hohlkammern aufweisendes Profil schaffen, welches durch die Schottelemente besonders günstig ausgesteift ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schottelemente ein unteres Schalenelement des Querträgers durchsetzen. Hierdurch lässt sich der Querträger über seinen gesamten Querschnitt mittels der Schottelemente aussteifen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schottelemente und ein oberes Schalenelement des Querträgers zu einer Baueinheit zusammengefasst sind. Hierdurch lässt sich der Einbau der Schutzeinrichtung besonders einfach gestalten.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die wenigstens eine Befestigungsaufnahme der Stützanordnung am zugeordneten Schottelement angeordnet ist. Hierdurch lässt sich die Stützanordnung besonders günstig an der Verstärkung des Querträgers verankern.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine ausschnittsweise Draufsicht auf einen Hinterwagenbereich einer Personenkraftwagenkarosserie mit einer erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, welche eine Stützanordnung mit wenigstens einem am äußeren Ende einer hinteren Deformationszone der Personenkraftwagenkarosserie angeordneten äußeren Stützelement umfasst, welches über eine, einen zusätzlichen Lastpfad ausbildende Stützanordnung zur Abstützung an wenigstens einem Querträger und an einem in einer Schutzzone der Personenkraftwagenkarosserie angeordneten Karosseriestrukturteil in Form eines Mitteltunnelstrukturteils abgestützt ist, wobei der Kraftverlauf bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung mit einer Barriere erkennbar ist;
- 2 eine ausschnittsweise Perspektivansicht auf die Personenkraftwagenkarosserie im Hinterwagenbereich mit der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung analog zu 1;
- 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der wesentlichen Bauteile der Schutzeinrichtung gemäß den 1 und 2;
- 4 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer zentralen Strebe;
- 5 einen ausschnittsweisen Längsschnitts durch den Heckwagenbereich gemäß der 1 und 2 auf Höhe Y=0, also in Richtung der Längsmittelachse des Personenkraftwagens;
- 6 einen gegenüber 5 vergrößerten Ausschnitt durch den Heckwagenbereich gemäß der 1 und 2 auf Höhe Y=0, mit einer oberhalb der zentralen Strebe angeordneten Energiespeicheranordnung zur Versorgung eines Antriebsaggregats;
- 7a, 7b eine ausschnittweise Schnittansicht und eine ausschnittweise perspektivische Schnittansicht durch den Heckwagenbereich gemäß der 1 und 2 auf Höhe Y=0, also in Richtung der Längsmittelachse des Personenkraftwagens bei weggelassener Schutzeinrichtung;
- 8a, 8b eine ausschnittweise Schnittansicht und eine ausschnittweise perspektivische Schnittansicht durch den Heckwagenbereich analog zu den 7a und 7b auf Höhe Y=0, also in Richtung der Längsmittelachse des Personenkraftwagens bei vorgesehener Schutzeinrichtung, wobei eine Verstärkung erkennbar ist, mittels welcher ein im Hinterwagenbereich vorgesehener Querträger in einem Abstützbereich der Stützanordnung verstärkt ist;
- 9 eine ausschnittsweise Draufsicht auf die Verstärkung des Querträgers im Abstützbereich der Stützanordnung bei weggelassenen Schalenelementen des Querträgers, wobei die Verstärkung ein Verstärkungsteil umfasst, welches mit dem Querträger im Abstützbereich einen vergrößerten Trägerquerschnitt ausbildet und an welchem jeweilige Schottelemente der Verstärkung befestigt sind, welche einen Hohlquerschnitt des Querträgers aussteifen; und
- 10 eine perspektivische und ausschnittsweise Perspektivansicht auf die im Bereich des Querträgers eingebaute Verstärkung der Schutzeinrichtung.
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In den 1 und 2 ist in einer ausschnittsweisen Draufsicht ein Hinterwagenbereich 10 einer Personenkraftwagenkarosserie dargestellt. Als wesentliche Strukturbauteile der Personenkraftwagenkarosserie sind dabei zunächst zwei Hauptlängsträger 12 erkennbar, welche über einen hinteren Querträger 14 einer hinteren Abschlusswand 16 miteinander verbunden sind. Im mittleren Bereich endet diese Abschlusswand 16 an einem eine Ladekante 18 für einen Kofferraum bildenden Querträger 20.
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Zwischen den beiden Hauptlängsträgern 12 erstreckt sich ein allgemein als Ersatzradmulde 22 bezeichneter Aufnahmeraum, welche beispielsweise als Unterbringungsraum für - sofern vorgesehen - ein Ersatzrad oder alternativ für Aggregate, Ladegut oder dergleichen dient. Diese Ersatzradmulde 22 erstreckt sich -in Vorwärtsfahrtrichtung des Kraftwagens gesehen- nach vorne hin bis zu einem Querträger 24, welcher die beiden Hauptlängsträger 12 miteinander verbindet und nach hinten hin einen hinteren Heckboden 26 begrenzt. Dieser Heckboden 26 erstreckt sich nach vorne hin bis zu einem weiteren Querträger 28, welcher ebenfalls die beiden Hauptlängsträger 12 miteinander verbindet und einen vorderen Heckboden 29, welcher im Folgenden als „Heckboden-unter-Fondsitz“ bezeichnet wird, nach hinten hin begrenzt. Der vordere Heckboden-unter-Fondsitz 29 erstreckt sich nach vorne hin bis zu einem Querträger 30, welcher seinerseits einen nicht dargestellten Hauptboden, welcher sich zumindest im Wesentlichen auf Höhe jeweiliger Flansche 32 erstreckt, nach hinten hin begrenzt. An dem Querträger 30 kann beispielsweise ein Fondsitz befestigt sein.
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Der Heckboden-unter-Fondsitz 29 ist in seinem mittleren Bereich mit einer nach oben über seine Hauptebene hervorstehenden Verstärkung 34 versehen, welche beispielsweise in den Heckboden-unter-Fondsitz 29 eingeformt ist. Diese Verstärkung erstreckt sich ausgehend vom Querträger 28 in der Fahrzeugmitte in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne bis zu einer Flanschanordnung 36 im Bereich des Querträgers 28, an welcher ein am Hauptboden ausgebildeter oder daran vorgesehener, lediglich in 6 teilweise dargestellter, fahrzeugmittig verlaufender Mitteltunnel 35 angesetzt und befestigt wird. Der Mitteltunnel 35 kann durchgängig einstückig beziehungsweise einteilig ausgebildet oder aber aus mehreren Mitteltunnelstrukturteilen zusammengesetzt sein.
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Der Hauptboden wird durch jeweilige Seitenschweller 38 begrenzt, welche im Bereich des vorderen Heckbodens 29 beziehungsweise etwa auf Höhe des Querträgers 28 in die hinteren Hauptlängsträger 12 übergehen. Die hinteren Hauptlängsträger 12 begrenzen demzufolge im Bereich des Querträgers 28 und des hinteren Heckbodens 26 jeweilige, nicht dargestellte Radhäuser für die hinteren Fahrzeugräder nach innen hin.
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Wie nun insbesondere in Zusammenschau mit 3 erkennbar ist, ist im Hinterwagenbereich 10 der Personenkraftwagenkarosserie eine Schutzeinrichtung 40 vorgesehen, welche in 3 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung deren wesentliche Bauelemente zeigt.
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Diese Schutzeinrichtung 40 umfasst zunächst ein hinteres, äußeres Stützelement 42, welches vorliegend als Winkelstück gestaltet ist und welches im vorliegenden Fall am Querträger 14 der Abschlusswand 16 angeordnet ist. Dieses Stützelement 42 ist im vorliegenden Fall Teil eines in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Stützelements in Form einer Strebe 44, welche nach vorne hin über ein als Winkelstück gestaltetes, vorderes inneres Stützelement 45 mit einer Querstrebe 46 verbunden ist. Die Strebe 44 ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Karosserie zentral angeordnet und fluchtet mit einer Achse, welche parallel zur Fahrzeuglängsachse auf Höhe Y=0 angeordnet ist. Dabei definiert Y=0 die Fahrzeugmitte in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung). An diese Querstrebe 46 schließt sich nach vorne hin ein Plattenelement 48 an, welches - wie dies aus den 1 und 2 erkennbar ist - im Wesentlichen über die gesamte Länge des hinteren Heckbodens 26 verläuft. Dabei ist die in Fahrzeugquerrichtung gemessene Breite des Plattenelements 48 deutlich größer als die Breite der Strebe 44, aber ein Stück weit kleiner als der Abstand zwischen den Längsträgern 12 auf Höhe des Heckbodens 26. Die Strebe 44 ist mit der Querstrebe 46 verbunden, beispielsweise lösbar mittels Schraubverbindungen oder alternativ kraft-, form- und/oder stoffschlüssig, während das Plattenelement 48 seinerseits mit der Querstrebe 46 verbunden ist, vorzugsweise ebenfalls mittels lösbarer Verbindungselemente oder alternativ kraft-, form- und/oder stoffschlüssig. Aus den 2 und 3 geht ohne weiteres hervor, dass die Querstrebe 46, welche die Strebe 44 mit dem Plattenelement 48 verbindet, am hinteren Ende des Querträgers 24 verläuft. Um trotz fluchtender Anordnung zwischen Strebe 44 beziehungsweise dessen Stützelement 45 mit dem Plattenelement 48, welche sich in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) auf etwa gleicher Höhe befinden, einen spalt- und stufenfreien Übergang zwischen diesen Teilen der Abstützanordnung zu schaffen, weist das Plattenelement 48 einen randseitig offenen Ausschnitt an, in welchen das in Form und Größe daran angepasste Stützelement 45 eingreift.
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Aus 4 geht eine perspektivische Darstellung der zentralen Strebe 44 mit den endseitig angeordneten, als Winkelelemente ausgebildeten Stützelementen 42 und 45 hervor. Zu erkennen ist, dass die balkenförmige Strebe 44 einen länglichen Grundkörper mit einem im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist, der in seinem dem äußeren Stützelement 42 nahen Endbereich einen ersten Längsabschnitt 47a mit reduziertem Außenabmaßen aufweist. Der weitaus längere übrige, zweite Längsabschnitt 47b schließt sich an den ersten Längsabschnitt 47a an und weist größere Abmaße als der erste Längsabschnitt 47a auf. Der erste Längsabschnitt 47a ist so ausgebildet, dass ein deformierbarer Bereich gebildet ist, der bei einem Anprall eines Kollisionspartners sich gezielt energieabsorbierend deformieren soll, ähnlich bekannter Crashboxen, um die auf die Fahrzeuginsassen wirkenden Belastungen zu reduzieren. Der zweite Längsabschnitt 47b der Strebe 44 ist demgegenüber als starrer Balken ausgebildet, der die Anprallkräfte in gewünschter Weise nach vorne in den Mitteltunnel durch- beziehungsweise weiterleiten soll, worauf im Folgenden noch näher eingegangen wird.
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Aus 5, welche einen Längsschnitt durch den Heckwagenbereich auf Höhe Y=0, das heißt entlang der Fahrzeuglängsachse, zeigt, ist der Aufbau der zentralen Strebe 44 ersichtlich. Diese umfasst zwei rohrförmige, jeweils einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweisende Hohlzylinder, von denen der den Längsabschnitt 47a bildende Hohlzylinder in den durchmessergrößeren, den Längsabschnitt 47b bildenden Hohlzylinder eingesteckt ist, wodurch im Bereich des Längsabschnitts 47b praktisch eine doppelte Wandung mit der damit einhergehenden Verstärkungswirkung gebildet ist. Die beiden Hohlzylinder sind bei diesem Ausführungsbeispiel in ihrem Übergangsbereich 49 miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt. Die Hohlzylinder können material- und/oder wanddickengleich ausgebildet sein. Wichtig ist nur, dass diese so ausgebildet und miteinander verbunden sind, dass die unterschiedlich steifen Längsabschnitte 47a, 47b in gewünschter Weise gebildet sind. Zu erkennen ist ferner, dass die endseitig dieser Längsabschnitte 47a, 47b die Stützelemente 42 und 45 angesetzt und daran befestigt, beispielsweise angeschweißt sind.
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Das Plattenelement 48 stützt sich nach vorne hin über einen Flansch 50 am Querträger 28 ab. Des Weiteren umfasst die Stützeinrichtung 40 jeweilige weitere Krafteinleitungselemente 54, welche - wie dies aus 1 erkennbar ist - den Heckboden-unter-Fondsitz 29 mit dem Querträger 30 verbinden beziehungsweise an diesem abstützen. Zudem sorgen diese Krafteinleitungselemente 54 für eine entsprechende Weiterleitung jeweiliger Kräfte auf das nicht erkennbare vordere Mitteltunnelstrukturteil, welches im Bereich des ebenfalls nicht erkennbaren Hauptbodens vor dem Querträger 30 angeordnet ist.
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Insgesamt ist somit erkennbar, dass die Strebe 44, die Querstrebe 46 sowie das Plattenelement 48 eine Stützanordnung 56 bilden, über welche im vorliegenden Fall das am äußeren der Personenkraftwagenkarosserie angeordnete Strukturelement in Form des Querträgers 14 unter Ausbildung eines zusätzlichen, zentralen Lastpfades L auf Höhe der hinteren Längsträger 12 nach vorne hin an dem Querträger 28 in im Weiteren an dem Karosseriestrukturteil 34 abgestützt ist.
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Ergänzend zur vorliegenden Schutzeinrichtung 40 ist auch ein U-förmiges Stützelement 58 vorgesehen, welches ein im Bereich des hinteren Strukturelements in Form des Querträgers 14 verlaufendes Querelement 60 und jeweilige, im Bereich der entsprechenden Längsträger 12 verlaufende Schenkel 62 umfasst. An dem Querträger 14 ist das Stützelement 58 über jeweilige Laschen 64 angebunden und zusätzlich über die gesamte Länge abgestützt. Die Schenkel 62 sind über jeweilige Winkelelemente 66 sowie zugehörige Leistenelemente 68 an den jeweiligen Längsträgern 12 angebunden.
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Wie insbesondere aus den 3, 5 und 6 ersichtlich, weisen die Schenkel 62 des Stützelements 58 jeweils eine Kröpfung auf, derart, dass bei an der Fahrzeugkarosserie montiertem Stützelement 58 dessen Querelement 60 in einem vertikalen Abstand oberhalb, bei dem in den Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel oberhalb des Querträgers 14 angeordnet ist, während die beiden Schenkel 62 von oben auf den jeweiligen Längsträger 12 aufgesetzt und darin fixiert sind. Diese abgekröpfte Bauweise des U-förmigen Stützelement 58 ermöglicht es, das Querelement 60 in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) in etwa auf Höhe einer in 6 dargestellten Energiespeichereinrichtung 110, welche beispielsweise als Hochvoltbatterie 112 ausgebildet sein kann, anzuordnen. Die hier als quaderförmiger Block ausgebildete Hochvoltbatterie 112 ist vollständig in der in 6 angedeuteten Schutzzone S angeordnet und zwar in einem Bauraumbereich 114, welcher oberhalb des mittels der Schutzeinrichtung 40 realisierten beziehungsweise realisierbaren Lastpfades L vorgesehen ist. Die Hochvoltbatterie 112 befindet sich also oberhalb der Strebe 44 und des Plattenelements 48, so dass im Falle eines heckseitigen Aufpralls die Unfallkräfte über den Lastpfad L unterhalb der Hochvoltbatterie 112 in den Mitteltunnel weitergeleitet werden. Eine Beschädigung der Hochvoltbatterie 112 kann so sicher vermieden werden. Dafür sorgt auch das besonders steif und starr ausgebildete, bügelförmige Stützelement 58, dessen Querelement 60 -in Fahrzeuglängsrichtung gesehen- in fluchtender Anordnung mit der Hochvoltbatterie 112 angeordnet ist und so im Falle einer durch einen Aufprall bedingten Deformation des Heckwagens und/oder eines Eindringens eines Teils des Anprallpartners standhält und so die Hochvoltbatterie 112 vor Beschädigungen schützt.
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Wie des Weiteren aus 1 erkennbar ist, ist das im Bereich einer im Weiteren noch näher erläuterten Deformationszone D angeordnete Strukturelement der Personenkraftwagenkarosserie in Form des Querträgers 14 unter Vermittlung der Stützanordnung 56 unter Ausbildung des zusätzlichen Lastpfades L an jeweiligen, im Bereich einer Schutzzone S der Personenkraftwagenkarosserie angeordneten Karosseriestrukturteilen, insbesondere den Mitteltunnelstrukturteilen 34 beziehungsweise Querträgern 24 und 28 sowie Längsträgern 12 im Bereich einer Schutzzone S abgestützt. Durch die Stützanordnung 56 bildet sich dabei ein mit Pfeilen 90 angedeuteter Lastpfad in der Fahrzeugmitte und in Fahrzeuglängsrichtung verlaufend zwischen den beiden durch die Hauptlängsträger 12 gebildeten Lastpfade aus, wenn der Hinterwagenbereich 10 - wie im vorliegenden Fall angedeutet - durch eine Barriere 92 mit entsprechenden Unfallkräften 94 beaufschlagt wird. Diese Unfallkräfte 94 werden zunächst beim Auftreffen der Barriere 92 über einen hinteren Stoßfängerquerträger 96, welcher Teil einer Stoßfängeranordnung ist, in die jeweiligen Hauptlängsträger 12 eingeleitet, wie dies durch die Pfeile 98 erkennbar ist. Der Stoßfängerquerträger 96 ist dabei beispielsweise unter Vermittlung jeweiliger Energieabsorptionselemente 100 an rückwärtigen Enden der jeweiligen Hauptlängsträger 12 abgestützt.
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Im weiteren Verlauf des Unfallszenarios ergibt sich dann eine zusätzliche Ausbildung des Lastpfads L, wenn die Stützanordnung 56 mit Unfallkräften beaufschlagt wird. Die Stützanordnung 56 sorgt dabei zum einen für eine Lastverteilung gemäß den Pfeilen 102 in Richtung zur Fahrzeugaußenseite bzw. in Richtung der jeweiligen Hauptlängsträger 12, und zum anderen zur Verteilung der Kräfte unter Ausbildung des Lastpfades L gemäß den Pfeilen 90 in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne auf die jeweiligen Strukturbauteile in der Schutzzone S, insbesondere auf die jeweiligen Mitteltunnelstrukturteile 34, von welchen das hintere Mitteltunnelstrukturteil 34 erkennbar ist. Über dieses erfolgt dann im Weiteren die Krafteinleitung in das nicht erkennbare vordere Mitteltunnelstrukturteil, welches im Bereich des Hauptbodens nach vorne verläuft. Die gemäß den Pfeilen 98 in die Hauptlängsträger 12 eingeleiteten Kräfte werden nach vorne hin über die Seitenschweller 38 weitergeleitet.
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Durch die Schutzeinrichtung 40 wird somit ein zusätzlicher Lastpfad L zwischen dem hinteren Stoßfängerquerträger 96 und dem lediglich in 6 abschnittsweise erkennbaren Mitteltunnel 35 gebildet wird, erschlossen, wobei sich dieser Lastpfad L zwischen den jeweiligen Hauptlängsträgern 12 bzw. Seitenschwellern 36 erstreckt. Dadurch ergibt sich eine deutliche Reduzierung der Kräfte auf die Hauptlängsträger 12 und eine damit einhergehende Entlastung, wodurch sich ein Erhalt der Strukturintegrität im Heckwagenbereich 10 und eine gezielte Deformation im Hauptdeformationsbereich, nämlich der Deformationszone D, ergibt. Hierdurch wird die Belastung in einem Bauraumbereich, in welchem üblicherweise die Hochvoltbatterie angeordnet ist, deutlich reduziert, sodass die Gefahr von übermäßigen Deformationen der Karosserie und Beschädigungen entsprechender Bauelemente in diesem Bauraumbereich der Personenkraftwagenkarosserie deutlich reduziert ist. Die jeweiligen Batterien oder dergleichen Bauelemente können dabei beispielsweise im Bereich der Schutzzone S oder aber auch im Bereich der Deformationszone D, zumindest in einem vorderen Bereich der Deformationszone D, angeordnet sein.
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Die Schutzeinrichtung 40 kann dabei in einfacher Weise an eine bereits als Ecktyp gebildete Personenkraftwagenkarosserie montiert werden. Somit ergibt sich eine geringe Ecktypbelastung hinsichtlich Kosten und Gewicht und eine einfache Montagelösung.
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Bei einem in den Fig. nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zu der vorstehend beschriebenen Schutzeinrichtung 40 die Querstrebe 46 nicht mit den Hauptlängsträgern 12 verbunden, so dass über diese Querstrebe 46 kein Lastpfad hin zu den Hauptlängsträgern 12 aufgebaut wird. In diesem Fall dient die Querstrebe 46 quasi als Lastverteiler der über die in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Strebe 44 übertragenen Kräfte hin zum Plattenelement 48.
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Unabhängig davon, ob die Querstrebe 46 an den Hauptlängsträgern 12 befestigt ist oder nicht, kann anstelle des flächigen Plattenelements 48 auch mindestens eine Längstrebe oder mehrere, in Querrichtung des Kraftwagens in einem Abstand voneinander angeordnete Längsstreben vorgesehen sein, um die über die Querstrebe 46 übertragenen Kräfte nach vorne in den Querträger 28 weiterzuleiten.
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In den 7a und 7 b ist in einer ausschnittweisen Schnittansicht und einer ausschnittweisen perspektivischen Schnittansicht der Heckwagenbereich gemäß der 1 und 2 auf Höhe Y=0 dargestellt, also in Richtung der Längsmittelachse des Personenkraftwagens entlang einer in Fahrzeuglängsrichtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Schnittebene. Hierbei ist eine Variante des Kraftwagens bei weggelassener Schutzeinrichtung gezeigt, wie diese bei einem Kraftwagen ausschließlich mit Verbrennungsmotor (ICE) zum Einsatz kommt.
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Erkennbar ist hierbei ein oberes Schalenelement 104 und ein unteres Schalenelement 106 des Querträgers 28, welche unter Ausbildung eines Hohlraums 108 miteinander verbunden sind. Die beiden Schalenelemente 104, 106 folgen dabei im Querschnitt zumindest im Wesentlichen einer umgekehrten V- Form, so dass sich unterhalb des Querträgers 28 ein Freiraum 110 ergibt, in welches ein oberer Bereich 112 eines Kraftstofftanks 114 für den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs hinein ragt. Da es sich, wie bereits gesagt, im vorliegenden Fall um einen Kraftwagen ausschließlich mit Verbrennungsmotor (ICE) handelt, ist ein maximales Tankvolumen gefordert, welches es unterzubringen gilt. Dies erfolgt im vorliegenden Fall zumindest teilweise unter Ausnutzung des Freiraums 110 durch den oberen Bereich 112 des Kraftstofftanks 114. Im vorliegenden Fall ist die Aussteifung des Hinterwagenbereichs 10 in sich ausreichend, so dass hier die vorstehend beschriebene Schutzeinrichtung nicht vorgesehen ist.
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Demgegenüber ist in den 8a und 8b in einer ausschnittweisen Schnittansicht und einer ausschnittweisen perspektivischen Schnittansicht der Heckwagenbereich 10 analog zu den 7a und 7b mit vorgesehener Schutzeinrichtung gezeigt, wie diese beispielsweise zum Einsatz kommt, wenn der Kraftwagen mit einem elektrischen Antrieb (BEV, PHEV) und mit einem zugehörigen Energiespeicher/einer zugehörigen Batterie 113 ausgestattet ist. In diesem Fall ist - wie oben bereits erläutert - beispielsweise zum Schutz des Energiespeichers die Schutzeinrichtung vorgesehen.
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Eine Gegenüberstellung der 8a und 8b mit denjenigen gemäß den 7a und 7b lässt zunächst erkennen, dass die Stützanordnung 56 über das einen Teil des zentralen, das heißt kraftwagenmittig angeordneten Lastpfad bildendes Plattenelement 48 mit dem Flansch 50 an dem Querträger 28 in einem Abstützbereich 116 abgestützt ist.
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Um nun bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Stützanordnung 56 mit einer in 8a angedeuteten Kraft F in Fahrzeuglängsrichtung (y-Richtung) nach vorne eine hinreichende Abstützung der Stützanordnung 56 am Kraftwagenrohbau, hier am Querträger 28 zu erreichen beziehungsweise eine ungewollte übermäßige Deformation der Karosserietragstruktur im Bereich des Energiespeichers zu vermeiden, umfasst die Schutzeinrichtung zusätzlich zu der Stützanordnung 56 eine Verstärkung 118, mittels welcher einerseits der Querschnitt des Querträgers 28 im Abstützbereich 116 der Stützanordnung 56, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Hohlraum 120 vergrößert und andererseits das vergrößerte Hohlprofil - mit den Hohlräumen 108 und 120 - des Querträgers 28 verstärkt und ausgesteift ist.
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In 9 ist in einer ausschnittsweisen Draufsicht die Verstärkung 118 des Querträgers 28 im Abstützbereich 116 der Stützanordnung 56 bei weggelassenen Schalenelementen 104, 106 des Querträgers 28 erkennbar. Es ist ersichtlich, dass die Verstärkung 118 ein im wesentlichen ebenes Verstärkungsteil 122 umfasst, welches unterseitig des unteren Schalenelements 106 zumindest im Wesentlichen in ebener Erstreckung verläuft und den eigentlichen Querschnitt (Hohlraum 108) des Querträgers 28 und den Querschnitt mit dem Hohlraum 120 ergänzt beziehungsweise vergrößert. Zudem umfasst die Verstärkung 118 zwei Schottelemente 124, 126, welche sich über den gesamten vergrößerten Querschnitt des Querträgers 28 mit dem Verstärkungsteil 122 erstrecken. Das Verstärkungsteil 122 ist ein hier bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen plattenförmiges Flächengebilde, welche sich in Breitenrichtung des Kraftwagens nur über eine gewisse Teillänge des Querträgers 28 erstreckt. Das heißt, das Verstärkungsteil 122 verstärkt den Querträger 28 in dessen Anbindungsbeziehungsweise Krafteinleitungsbereich der Stützanordnung 56, um die hier in etwa in der Mitte des Kraftwagens in den Querträger 28 eingeleiteten Crashkräfte optimal abzustützen und ohne dass Gesamtgewicht des Kraftwagens allzu sehr zu erhöhen, so dass der Querträger 28 in diesem Bereich nicht beziehungsweise nur in einem verträglichen Maße eingedrückt beziehungsweise in sonstiger Weise nachgibt und den Crashkräften standhält. Zu erkennen ist weiterhin, dass die Schalenelemente 104, 106 und das Verstärkungsteil 122 an gemeinsamen, ersten und zweiten randseitigen Flanschen verbunden sind.
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Die Schottelemente 124, 126 schließen den zwischen dem Schalenelement 106 und dem Verstärkungsteil 122 begrenzten Hohlraum 120 und vorzugsweise - wie nachfolgend noch näher beschrieben - auch den Hohlraum 108 stirnseitig ab, sodass diese praktisch vollständig geschlossen sind und damit ein partielles, in sich geschlossenes Hohlprofil mit mehreren Kammern am Querträger 28 ausbildet.
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10 zeigt schließlich eine perspektivische und ausschnittsweise Perspektivansicht auf die im Bereich des Querträgers 28 eingebaute Verstärkung 118 der Schutzeinrichtung.
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Das Anbringen der Verstärkung 118 am Querträger 28 und der Stützanordnung 56 erfolgt dabei folgendermaßen: Die beiden Schottelemente 124, 126 werden vor dem Zusammenbau des Querträgers 28 mit dem oberen Schalenelement 104 des Querträgers 28 verbunden, beispielsweise durch eine jeweilige Fügeverbindung. Der Zusammenbau beziehungsweise die Baueinheit aus den beiden Schottelementen 124, 126 und dem oberen Schalenelement 104 des Querträgers 28 wird dann mit dem unteren Schalenelement 106 des Querträgers 28 und dem unterhalb des unteren Schalenelements 106 angeordneten Verstärkungsteil 122 beispielsweise ebenfalls durch Fügen verbunden. Hierzu ist vorab das Schalenelement 106 mit jeweiligen Beschnitten versehen worden, über welche die beiden, jeweils eine Schottwand ausbildenden Schottelemente 124, 126 beim Zusammenbau der besagten Teile durch das untere Schalenelement 106 hindurch gesteckt sind. Zur Verbindung der beiden Schottelemente 124, 126 mit dem Verstärkungsteil 122 weisen diese jeweilige Flansche 130 auf, welche hier durch Kleben mit dem Verstärkungsteil 122 verbunden sind. Demzufolge müssen die Beschnitte hinreichend groß ausgebildet sein, dass die Flansche 130 der Schottelemente 124, 126 durch das Schalenelement 106 hindurch gesteckt werden können.
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Schließlich ist aus 10 erkennbar, dass an entsprechenden Flanschen 132 der Schottelemente 124, 126 eine jeweilige Befestigungsaufnahme 134, welche hier als Schraubaufnahmen/Schraubmuttern ausgebildet sind, angeordnet sind, an welchen korrespondierende Befestigungselemente in Form von Schrauben 136 (9) anbringbar beziehungsweise einschraubbar sind, über welche die Stützanordnung 56 mittels des Flansches 50 des Plattenelements 48 direkt an der Verstärkung 118 des Querträgers 28 festlegbar ist.
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Insgesamt ist somit erkennbar, dass vorliegende einerseits mittels der aus dem Verstärkungsteil 122 und den Schottelementen 124, 126 gebildeten Verstärkung 118 eine lokale Aussteifung des Querträgers 28 im Abstützbereich 116 der Stützanordnung 56 geschaffen ist, und dass einerseits durch die Direktverschraubung des Flansches 50 des lasteinleitenden Plattenelements 48 durch die Schrauben 136 an den Schraubmuttern 134 eine besonders günstige Festlegung der Stützanordnung 56 an dem Querträger 28 erreicht wird.
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Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Schutzeinrichtung eine vorteilhafte Kombination beziehungsweise Ergänzung für die Karosserierohbaustruktur eines Kraftwagens mit Verbrennungsmotor zu einer Karosserierohbaustruktur des Kraftwagens gleichen Typs, jedoch mit einem eine Traktionsbatterie umfassenden Hybridantriebs darstellt, das eine lokale Verstärkung der Querträger-Struktur mit einer - zumindest bei einer bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen - Direktverschraubung der lasteinleitenden Schutzplatte 56, die bei einem anderen Ausführungsbeispiel selbstverständlich auch als balken- oder trägerförmiges Stützelement ausgebildet sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016010353 A1 [0002]
- DE 102007023391 A1 [0004]
- EP 0968904 A2 [0005]
