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Die Erfindung betrifft eine Trägerstruktur für eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges, sowie ein Kraftfahrzeug umfassend eine solche Trägerstruktur.
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Trägerstrukturen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine solche Trägerstruktur umfasst in der Regel zwei schockabsorbierende Trägerelemente, die mittels eines Querträgers miteinander verbunden sind. Die schockabsorbierenden Trägerelemente können jeweils mit einem Motorlängsträger des Kraftfahrzeuges verbindbar sein und als Crashboxen bezeichnet werden.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Trägerstrukturen kann es im Falle eines Verkehrsunfalls oder bei einem Crashtest bei hoher oder niedriger Aufprallgeschwindigkeit (Highspeedcrash oder Lowspeedcrash) auf der Länge der Lastpfade in der Trägerstruktur und/oder dem Motorlängsträger und/oder einer Vorderachsgeometrie des Kraftfahrzeugs beeinflusst durch Hebelwirkungen zu einer asymmetrischen Lasteinwirkung kommen, insbesondere mit einem Drehmoment um eine Y-Achse des Kraftfahrzeugs. Dieses Drehmoment kann zu erhöhten Lasten im Motorlängsträger führen, ein Risiko einer Plastifizierung im Lowspeedcrash erhöhen, ein Fehlverhalten im Motorlängsträger begünstigen und/oder ein Falt- oder Knick-Verhalten der Trägerstruktur im Highspeedcrash oder Lowspeedcrash nachteilig beeinflussen.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Trägerstrukturen mit Deformationselementen bekannt, die mit unterschiedlichen Anbindungsverfahren befestigt werden können und je nach Notwendigkeit einer Positionierung von Lufteinlässen oben oder unten in einer Z-Lage des Kraftfahrzeugs variiert werden können. Die Deformationselemente können Anfaltsicken aufweisen, durch welche eine entsprechende Steuerung der Lasteinwirkung auf einem oberen bzw. unteren Gurt der Deformationselemente erfolgen kann.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Trägerstruktur vorzuschlagen, mittels derer in einfacher Weise Hebelwirkungen, die zu einer asymmetrischen Lasteinwirkung führen, reduziert werden können, sodass ein gleichmäßiges Faltverhalten der Trägerstruktur erreicht werden kann, bzw. Spannungen an den Lagerpunkten der Trägerstruktur vermindert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Trägerstruktur nach Anspruch 1 und ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Trägerstruktur umfasst wenigstens zwei sich im Wesentlichen entlang einer Längsrichtung ersteckende schockabsorbierende Trägerelemente mit jeweils einer ersten Außenwand, einer im Wesentlichen parallel zur ersten Außenwand verlaufenden zweiten Außenwand und einer im Wesentlichen parallel zur ersten Außenwand und zur zweiten Außenwand verlaufenden Innenwand, wenigstens einen sich im Wesentlichen entlang einer quer zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung erstreckenden Querträger, der an einem ersten Ende des schockabsorbierenden Trägerelementes angeordnet ist und sowohl mit der ersten Außenwand als auch mit der zweiten Außenwand und/oder der Innenwand verbunden ist, und wenigstens zwei Strukturelemente, die jeweils an dem ersten Ende eines der schockabsorbierenden Trägerelemente angeordnet sind und mit der zweiten Außenwand und/oder der Innenwand des jeweiligen schockabsorbierenden Trägerelements und/oder dem Querträger verbunden sind.
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Durch die erfindungsgemäße Trägerstruktur kann eine asymmetrische Lasteinwirkung in den Motorlängsträger und/oder in die Karosserie des Kraftfahrzeugs reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen der Querträger und das Strukturelement zusammen in einer quer zur Längsrichtung und quer zur Querrichtung verlaufenden Höhenrichtung eine Bauhöhe auf, die annähernd einer Bauhöhe in Höhenrichtung des schockabsorbierenden Trägerelements entspricht und/oder die größer ist als die Bauhöhe in Höhenrichtung des schockabsorbierenden Trägerelements.
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Durch diese Ausgestaltung kann die asymmetrische Lasteinwirkung weiter reduziert werden.
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Vorzugsweise umfasst der Querträger eine in Längsrichtung vorstehende Angriffsfläche, die in einer quer zur Längsrichtung und quer zur Querrichtung verlaufenden Höhenrichtung eine Bauhöhe aufweist, die kleiner ist als eine Bauhöhe in Höhenrichtung des schockabsorbierenden Trägerelements.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die wenigstens zwei Strukturelemente jeweils mittels einer Schraubverbindung mit dem Querträger und/oder mit dem jeweiligen schockabsorbierenden Trägerelement verbunden.
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Durch diese Ausgestaltung kann die asymmetrische Lasteinwirkung weiter reduziert werden.
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Vorzugsweise umfassen die wenigstens zwei Strukturelemente jeweils eine dritte Außenwand, die im Wesentlichen koplanar mit der zweiten Außenwand des jeweiligen schockabsorbierenden Trägerelements verläuft und/oder an der zweiten Außenwand des jeweiligen schockabsorbierenden Trägerelements anliegt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung bildet der Querträger, insbesondere die Angriffsfläche des Querträgers, zusammen mit dem Strukturelement eine Krafteinleitungsoberfläche, die sich im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung und/oder zur ersten Außenwand und/oder zur zweiten Außenwand und/oder zur dritten Außenwand erstreckt.
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Vorzugsweise umfasst das Strukturelement wenigstens einen Befestigungsabschnitt zum Befestigen von Zusatzbauteilen, der sich vorzugsweise im Wesentlichen in einer orthogonal zur Querrichtung verlaufenden Ebene erstreckt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das schockabsorbierende Trägerelement ferner eine Ausnehmung, die in der zweiten Außenwand gebildet ist und durch welche hindurch sich der Befestigungsabschnitt erstreckt.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Karosserie mit einer erfindungsgemäßen Trägerstruktur.
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Einzelheiten und weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Trägerstruktur und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges werden anhand dreier nachfolgend beschriebener Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei veranschaulichen im Einzelnen:
- 1: eine Schnittansicht einer Trägerstruktur nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2a: eine weitere Schnittansicht einer Trägerstruktur nach dem ersten Ausführungsbeispiel, welche die Trägerstruktur ohne ein Strukturelement darstellt;
- 2b: eine weitere Schnittansicht einer Trägerstruktur nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
- 3: eine schematische Schnittansicht, welche einerseits eine Deformation der Trägerstruktur ohne Strukturelement und andererseits eine Deformation der Trägerstruktur mit Strukturelement im Crashfall zeigt;
- 4a: eine Schnittansicht einer Trägerstruktur nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4b: eine perspektivische Ansicht der Trägerstruktur nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 5: eine Schnittansicht einer Trägerstruktur nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Anmeldung betrifft eine Trägerstruktur 20 für eine Karosserie eines Kraftfahrzeuges und ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie, welche eine solche anmeldungsgemäße Trägerstruktur 20 umfasst.
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Die anmeldungsgemäße Trägerstruktur 20 umfasst wenigstens zwei sich im Wesentlichen entlang einer Längsrichtung L ersteckende schockabsorbierende Trägerelemente 30 mit jeweils einer ersten Außenwand 32, einer im Wesentlichen parallel zur ersten Außenwand 32 verlaufenden zweiten Außenwand 34 und einer im Wesentlichen parallel zur ersten Außenwand 32 und zur zweiten Außenwand 34 verlaufenden Innenwand 33, wenigstens einen sich im Wesentlichen entlang einer quer zur Längsrichtung L verlaufenden Querrichtung Q erstreckenden Querträger 40, der an einem ersten Ende 36 des schockabsorbierenden Trägerelementes 30 angeordnet ist und sowohl mit der ersten Außenwand 32 als auch mit der zweiten Außenwand 34 und/oder der Innenwand 33 verbunden ist, und wenigstens zwei Strukturelemente 50, die jeweils an dem ersten Ende 36 eines der schockabsorbierenden Trägerelemente 30 angeordnet sind und mit der zweiten Außenwand 34 und/oder der Innenwand 33 des jeweiligen schockabsorbierenden Trägerelements 30 und/oder dem Querträger 40 verbunden sind.
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Eine solche Trägerstruktur 20 ist in der Regel für den Einbau in eine Bugpartie, insbesondere in einen Motorraum des Kraftfahrzeugs vorgesehen.
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Die schockabsorbierenden Trägerelemente 30 können auch als sogenannte Crashboxen bezeichnet werden und bilden einen Lastpfad eines Frontstoßfängersystems.
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In der bestimmungsgemäßen Einbaulage der Trägerstruktur 20 entspricht die Längsrichtung L im Wesentlichen der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs (X-Richtung) und die Querrichtung Q eine quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufenden Horizontalrichtung (Y-Richtung). Eine quer zur Querrichtung Q und zur Längsrichtung L verlaufende Höhenrichtung H entspricht in der bestimmungsgemäßen Einbaulage der Trägerstruktur 20 einer Vertikalrichtung (Z-Richtung).
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Der Querträger 40 kann in Höhenrichtung H außermittig an dem schockabsorbierenden Trägerelement 30 angebracht sein. Der Querträger 40 kann ferner eine gegenüber der übrigen Trägerstruktur 20 in Höhenrichtung H geringere Bauhöhe aufweisen.
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Das schockabsorbierende Trägerelement 30 kann mehrere, vorzugsweise zwei Innenwände 33 umfassen. Die Innenwand/Innenwände 33 kann/können zwischen der ersten Außenwand 32 und der zweiten Außenwand 34 angeordnet sein.
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Das Strukturelement 50 kann wie in 1 dargestellt mit dem Querträger 40 verschraubt sein. Das Strukturelement 50 kann mittels derselben Schraube mit dem Querträger 40 verschraubt sein, mittels welcher der Querträger 40 mit dem schockabsorbierenden Trägerelement 30 verbunden ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Strukturelement 50, wie in 4 dargestellt, mit dem jeweiligen schockabsorbierenden Trägerelement 30 verschraubt sein.
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Die Strukturelemente 50 können je nach Anbindungskonzept in das schockabsorbierende Trägerelement 30 und/oder den Querträger 40 eingebettet sein oder auf das schockabsorbierende Trägerelement 30 und/oder den Querträger 40 aufgesetzt sein. So ist beispielsweise das Strukturelement 50 der Trägerstruktur 20 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem dritten Ausführungsbeispiel auf dem Querträger 40 aufgesetzt und das Strukturelement 50 der Trägerstruktur 20 gemäß zweiten Ausführungsbeispiel in das schockabsorbierende Trägerelement 30 eingebettet.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel und dem dritten Ausführungsbeispiel ist das Strukturelement 50 auf dem Querträger 40 aufgesetzt. Vorzugsweise kann das Strukturelement 50 an einer von außen zuganglichen Außenfläche 44 des Querträgers 40 verschraubt sein, wie insbesondere in 2b dargestellt.
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Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann der Querträger 40 außenseitig an dem schockabsorbierenden Trägerelement 30 anliegen, insbesondere außenseitig an der ersten Außenwand 32 und/oder der zweiten Außenwand 34 anliegen und vorzugsweise mit der ersten Außenwand 32 und/oder der zweiten Außenwand 34 verschraubt sein.
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Gemäß dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel kann der Querträger 40 innenseitig an dem schockabsorbierenden Trägerelement 30 anliegen, insbesondere innenseitig an der ersten Außenwand 32 und/oder der zweiten Außenwand 34 und/oder der Innenwand 33 anliegen und vorzugsweise mit der ersten Außenwand 32 und/oder der zweiten Außenwand 34 und/oder der Innenwand 33 verschraubt sein.
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Das Strukturelement 50 kann daher außenseitig an dem Querträger 40 anliegen, wie in den 1 bis 2b und 5 dargestellt.
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Alternativ kann das Strukturelement 50 wie in 4 dargestellt in das schockabsorbierende Trägerelement 30 eingebettet sein, d. h. innenseitig an dem schockabsorbierenden Trägerelement 30 anliegen.
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Die 2a und 2b veranschaulichen die Lasteinleitung in die Trägerstruktur 20 bei einem Zusammenprall des Kraftfahrzeugs, d. h. beispielsweise bei einem Verkehrsunfall oder einem Crashtest. Bei einem solchen Verkehrsunfall oder Crashtest kann ein Bauteil B des Kraftfahrzeugs oder ein von außen in das Kraftfahrzeug eindringendes Teil auf die Trägerstruktur 20 gedrückt werden. Wie in 2a verdeutlicht wird, wird bei Fehlen des Strukturelements 50 ein Drehmoment in die Trägerstruktur 20 eingeleitet. Dabei erfolgt die Krafteinleitung asymmetrisch. Demgegenüber wirkt, wie in 2b dargestellt, das Strukturelement 50 drehmomentreduzierend.
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Der Querträger 40 und das Strukturelement 50 können zusammen in der Höhenrichtung H eine Bauhöhe aufweisen, die annähernd einer Bauhöhe in Höhenrichtung H des schockabsorbierenden Trägerelements 30 entspricht und/oder die größer ist als die Bauhöhe in Höhenrichtung H des schockabsorbierenden Trägerelements 30.
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Der Querträger 40 kann eine in Längsrichtung L vorstehende Angriffsfläche 42 umfassen, die in der Höhenrichtung H eine Bauhöhe aufweist, die kleiner ist als eine Bauhöhe in Höhenrichtung H des schockabsorbierenden Trägerelements 30.
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Die wenigstens zwei Strukturelemente 50 können jeweils mittels einer Schraubverbindung mit dem Querträger 40 verbunden sein. Der Querträger 40 kann mittels einer Schraubverbindung mit dem schockabsorbierenden Trägerelement 30 verbunden sein. Ferner können die schockabsorbierenden Trägerelemente 30 jeweils mittels einer Schraubverbindung mit dem Motorlängsträger des Kraftfahrzeugs verbunden sein.
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Die wenigstens zwei Strukturelemente 50 können jeweils eine dritte Außenwand 52 umfassen, die im Wesentlichen koplanar mit der zweiten Außenwand 34 des jeweiligen schockabsorbierenden Trägerelements 30 verläuft. Diese Ausgestaltung ist insbesondere in den 1, 2b und 5 dargestellt. Alternativ kann, wenn die Strukturelemente 50 in das schockabsorbierende Trägerelement 30 eingebettet sind, das Strukturelement eine dritte Außenwand 52 umfassen, die flächig an der zweiten Außenwand 34 des jeweiligen schockabsorbierenden Trägerelements 30 anliegt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere in 4a wiedergegeben.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Strukturelement 50 in das schockabsorbierende Trägerelement 30 eingebettet. Das Strukturelement 50 kann dabei zumindest teilweise formschlüssig zwischen der zweiten Außenwand 34 und der Innenwand 33 in dem schockabsorbierenden Trägerelement 30 aufgenommen sein. Die dritte Außenwand 52 kann vorzugsweise innenseitig an der zweiten Außenwand 34 anliegen und ein gegenüberliegend von der dritten Außenwand 52 angeordneter Abschnitt des Strukturelements 50 kann sich an der Innenwand 33 abstützen.
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Der Querträger 40, insbesondere die Angriffsfläche 42 des Querträgers 40, kann zusammen mit dem Strukturelement 50 eine Krafteinleitungsoberfläche 60 bilden, die sich im Wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung L und/oder zur ersten Außenwand 32 und/oder zur zweiten Außenwand 34 und/oder zur dritten Außenwand 52 erstreckt. Vorzugsweise ist eine Dimension in Höhenrichtung H der Krafteinleitungsoberfläche 60 größer als oder gleich einer Bauhöhe in Höhenrichtung H des schockabsorbierenden Trägerelements 30.
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3 veranschaulicht unterschiedliche Verformungen einer Trägerstruktur 20 im Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeuges. Die mit Strichpunkten dargestellte Verformung entspricht der Verformung einer Trägerstruktur 20, welche mit dem beschriebenen Strukturelementen 50 versehen ist, wohingegen die gepunktet dargestellte Verformung der Verformung einer Trägerstruktur entspricht, welche frei von solchen Strukturelementen 50 ist. Wenn die Trägerstruktur 20 frei von Strukturelementen 50 ist, erfolgt ein Verkippen des Querträgers 40 an der Vorderkante der Trägerstruktur 20. Ein solches Verkippen ist bei der Trägerstruktur 20, die mit den Strukturelementen 50 versehen ist, reduziert.
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Das Strukturelement 50 kann wenigstens einen Befestigungsabschnitt 54 zum Befestigen von Zusatzbauteilen umfassen, der sich vorzugsweise im Wesentlichen in einer orthogonal zur Querrichtung Q verlaufenden Ebene erstreckt. Dabei kann das schockabsorbierende Trägerelement 30 ferner eine Ausnehmung 35 umfassen, die in der zweiten Außenwand 34 gebildet ist und durch welche hindurch sich der Befestigungsabschnitt 54 erstreckt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere in 4b wiedergegeben.
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Die anmeldungsgemäße Trägerstruktur 20 ermöglicht ein gerades Faltverhalten der schockabsorbierenden Trägerelemente 30 (Crashboxern), insbesondere bei Trägerstrukturen 20 mit in Höhenrichtung H außermittig angebrachten Querträger 40, der eine gegenüber der übrigen Trägerstruktur 20 in Höhenrichtung H geringere Bauhöhe aufweist. Dies führt zu einer gewünschten Gesamtfahrzeugcrashkinematik.
