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Die Erfindung betrifft eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind Karosserien mit Längsträgern und Querträgern bekannt. Aus
DE 10 2008 015 268 A1 ist eine Karosserie bekannt, die im Vorderwagen einen oberen und einen unteren Querträger aufweist. Der untere Querträger ist dabei mit zwei Schwellern verbunden.
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Die
DE 10 2006 008 007 A1 offenbart ein Verbindungsmittel für zwei Strukturelemente für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Kraftweg an jedem Ende eines der Strukturelemente aufliegt. Das Verbindungsmittel ist aus einem einstückigen Teil gebildet, bei welchem der Kraftweg einen zentralen Weg bildet. Ein erstes Verbindungselement erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht von dem zentralen Kraftweg und ein zweites Verbindungselement erstreckt sich von dem zentralen Kraftweg auf der zu dem ersten Verbindungselement gegenüberliegenden Seite.
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Die
DE 10 2014 110 709 A1 offenbart ein eine Tragstruktur für den Vorderwagen eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens zwei Lastpfaden. Um die Steifigkeit des Vorderwagens eines Kraftfahrzeugs zu erhöhen, umfasst die Tragstruktur eine Schottwand mit einem Ringquerträger.
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Die
DE 10 2015 223 191 A1 offenbart einen Aufbau einer vorderen Fahrzeugkarosserie mit vorderen oberseitigen Elementen, die sich in einer Längsrichtung eines Fahrzeugs erstrecken und auf beiden linken und rechten Seiten in einer Breitenrichtung des Fahrzeugs angeordnet sind.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bei einem Frontalunfall stabilere Karosserie zu schaffen. Außerdem soll ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Karosserie geschaffen werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Karosserie gemäß Anspruch 1 und durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 7 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Karosserie umfasst zwei Längsträger, zwei Querträger und zwei Verbindungsmittel. Dabei weisen die Längsträger in einer Längsrichtung der Karosserie ihre größte Ausdehnung auf. Die Querträger weisen ihre größte Ausdehnung in einer Querrichtung der Karosserie auf. Unter der Längsrichtung wird dabei im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere die Richtung verstanden, in der das Kraftfahrzeug beim bestimmungsgemäßen Gebrauch ohne Lenkeinschlag bewegt wird. Unter der Querrichtung wird im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere die Richtung verstanden, die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch horizontal und senkrecht zur Längsrichtung verläuft.
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Ein oberer der Querträger ist oberhalb eines unteren der Querträger angeordnet. Die Richtungen oben und unten werden dabei im Rahmen dieser Beschreibung gemäß dem bestimmungsgemäßen Gebrauch der Karosserie verwendet. Ein erster der Längsträger ist dabei, beispielsweise ausschließlich, über ein erstes der Verbindungsmittel mit beiden Querträgern verbunden. Ein zweiter der Längsträger ist, beispielsweise ausschließlich, über ein zweites der Verbindungsmittel mit beiden Querträgern verbunden. Dabei kann das Verbindungsmittel insbesondere derart ausgestaltet sein, dass es bei einem Frontalunfall des Kraftfahrzeugs einen Großteil der auf die Längsträger wirkenden Last zu den Querträgern ableitet.
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Die Verbindungsmittel können beispielsweise jeweils drei Schenkel umfassen, die in einem zentralen Bereich miteinander verbunden sind. Ein erster der Schenkel kann beispielsweise direkt am jeweiligen Längsträger direkt befestigt sein. Ein zweiter der Schenkel kann beispielsweise direkt am oberen Querträger befestigt sein. Ein dritter der Schenkel kann beispielsweise direkt am unteren Querträger befestigt sein. Da der obere Querträger oberhalb des unteren Querträgers angeordnet ist, ergibt sich in etwa eine Y-Form der Verbindungsmittel, wenn die Längsträger in der beim bestimmungsgemäß Gebrauch vertikalen Richtung zwischen dem oberen und dem unteren Querträger angeordnet sind.
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Die Längsträger sind in der Längsrichtung relativ zu den Querträgern versetzt angeordnet. In einer Höhenrichtung sind die Längsträger zwischen den beiden Querträgern angeordnet. Es ist dabei insbesondere möglich, dass die Längsträger mit einem der Querträger oder mit beiden Querträgern überlappen. Zumindest ein Teilbereich der Längsträger ist dabei zwischen den beiden Querträgern angeordnet. Unter der Höhenrichtung wird dabei insbesondere die Richtung verstanden, die beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kraftfahrzeugs vertikal verläuft. Durch diese Anordnung der Längsträger wird eine bei einem Frontalunfall besonders stabile Karosserie geschaffen. Beim Frontalunfall werden die Längsträger aufgrund der Befestigung über das jeweilige Verbindungsmittel an den beiden Querträgern besonders gut abgestützt, sodass sich die Steifigkeit erhöht. Die Last verteilt sich besonders gleichförmig auf die beiden Querträger.
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Der obere Querträger kann beispielsweise eine warm umgeformte Stahllegierung umfassen. Der obere Querträger kann insbesondere als ein durch Innenhochdruckumformung umgeformtes Profil ausgebildet sein. Alternativ dazu kann der obere Querträger mehrere Blechbauteile aus einer warmumgeformten Stahllegierung umfassen.
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Die Karosserie weist einen Boden und einen Tunnel auf. Der Tunnel ist dabei am Boden angeordnet und, direkt oder indirekt, am unteren Querträger angeordnet. Bei dem Tunnel kann es sich beispielsweise um einen Kardantunnel handeln. Auch wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise keine Kardanwelle aufweist, kann der Tunnel eine ähnliche Form und Position wie ein Kardantunnel aufweisen. Im Tunnel können beispielsweise Teile eines Batteriesystems, Teile einer Abgasanlage, ein Schaltgestänge, Fluidleitungen und/oder Kabel angeordnet werden. Der Tunnel trägt bei einem Frontalunfall zur Abstützung des unteren Querträgers und Ableitung der auftretenden Lasten bei. Zusätzlich zur Anordnung direkt hinter dem unteren Querträger kann der Tunnel auch am unteren Querträger befestigt sein, um die Stabilität der Karosserie weiter zu erhöhen.
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Die Karosserie umfasst eine Strebe, über die der Tunnel am oberen Querträger befestigt ist. Auf diese Weise wird auch der obere Querträger durch den Tunnel bei einem Frontalunfall abestützt.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Längsträger und die Verbindungsmittel in der Längsrichtung vor einem Fahrgastbereich der Karosserie angeordnet sein. Dabei werden die Richtungen vorne und hinten im Rahmen dieser Beschreibung so verwendet, wie sie beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kraftfahrzeugs auftreten. Vorne ist dabei die Richtung, in der das Kraftfahrzeug üblicherweise bewegt wird, wohingegen hinten die Richtung ist, in der das Kraftfahrzeug üblicherweise sehr viel seltener, beispielsweise bei einem Einparkvorgang, bewegt wird. Es ist insbesondere möglich, dass die Längsträger vor den Verbindungsmitteln und die Verbindungsmittel vor den Querträgern angeordnet sind.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Querträger, direkt oder indirekt, an einer sich in Höhenrichtung erstreckenden Säule der Karosserie befestigt sein. Unter einer indirekten Befestigung wird dabei im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass zwischen den beiden aneinander befestigten Bauteilen höchstens ein einziges weiteres Bauteil befindet. Die Säule kann dabei insbesondere ein das Dach des Kraftfahrzeugs tragendes Bauteil sein. Bei der Säule kann es sich beispielsweise um die A-Säule des Kraftfahrzeugs handeln. Die Querträger können auf diese Weise die bei einem Frontalunfall auftretende Last insbesondere an die Säule weiterleiten.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Karosserie zwei Schweller umfassen. Die Schweller können in der Höhenrichtung zumindest jeweils in einem Abschnitt überlappend mit einem Teil des unteren Querträgers angeordnet sein. Es ist insbesondere möglich, dass die Schweller direkt oder indirekt am unteren Querträger befestigt sind. Dabei wird unter einem Schweller im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere ein tragendes Bauteil der Karosserie verstanden, das unterhalb eines Einstiegsbereichs für einen Fahrer oder einen Beifahrer angeordnet ist. Die Anordnung der Schweller in etwa in Höhe des unteren Querträgers erhöht weiter die Stabilität der Karosserie, da sie den unteren Querträger bei einem Frontalunfall abstützen und die auftretende Last weiter in Richtung des Hecks des Kraftfahrzeugs ableiten.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Querträger einander in der Längsrichtung mit mehr als der Hälfte ihrer jeweiligen Längsschnittfläche überlappen. Unter der Längsschnittfläche wird dabei die Schnittfläche verstanden, die bei einem Schnitt entlang einer Ebene, die sich in der Höhenrichtung und in der Längsrichtung erstreckt, entsteht.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der untere Querträger einen mittleren Bereich und zwei Endbereiche aufweisen. Der mittlere Bereich kann senkrecht zu den Längsträgern angeordnet sein. Dabei ist zu beachten, dass der mittlere Bereich die Längsträger nicht schneiden oder in Kontakt mit ihnen sein muss. Die Endbereiche können in einem Winkel zwischen 10° und 80° relativ zum mittleren Bereich angeordnet sein. Durch diese Anordnung der Endbereiche relativ zum mittleren Bereich wird die Krafteinleitung bei einem Frontalunfall in die Schweller und die Säule verbessert.
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Es ist insbesondere möglich, dass der untere Querträger einen ersten und einen zweiten Übergang aufweist. Dabei kann ein erster der Endbereiche über den ersten Übergang in den mittleren Bereich übergehen. Der mittlere Bereich kann über den zweiten Übergang in einen zweiten der Endbereiche übergehen. Die Übergänge können dabei als Knick oder Kurve ausgebildet sein. Dabei wird unter einem Knick insbesondere verstanden, dass die Übergänge jeweils als Linie ausgebildet sind, entlang der Kanten des jeweiligen Übergangs und des mittleren Bereichs aneinander anliegen. Unter einer Kurve wird insbesondere verstanden, dass die Übergangsbereiche eine gebogene Form ohne Knick aufweisen.
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Beispielsweise kann der untere Querträger mehrere zueinander angewinkelte Extrusionsprofilstücke umfassen. In diesem Fall können die Übergänge als Knick ausgebildet sein. Alternativ kann der untere Querträger ein gebogenes Strangpressprofil, beispielsweise aus Aluminium, umfassen. In diesem Fall können die Übergänge als Kurven ausgebildet sein.
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Das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 7 umfasst eine Karosserie nach einer Ausführungsform der Erfindung.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Kraftfahrzeug ein aufladbares Batteriesystem und einen Antrieb umfassen. Das Batteriesystem kann dabei dazu ausgebildet sein, dem Antrieb elektrische Energie bereitzustellen. Der Antrieb kann dazu ausgebildet sein, das Kraftfahrzeug anzutreiben. Das Batteriesystem kann in einer Längsrichtung beabstandet hinter dem unteren Querträger angeordnet sein. Beispielsweise kann das Batteriesystem oder zumindest ein Teil des Batteriesystems im Tunnel angeordnet sein. Bei einem Frontalunfall ist es besonders vorteilhaft, das Batteriesystem vor Krafteinwirkungen zu schützen, um das Risiko für eine Beschädigung zu verringern. Für diesen Zweck ist die Position hinter dem unteren Querträger besonders vorteilhaft. Beispielsweise kann das Batteriesystem 5 bis 50 cm hinter dem unteren Querträger angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass das Batteriesystem unterhalb des Bodens angeordnet ist.
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Es ist möglich, dass das Kraftfahrzeug eine Lenksäule aufweist, wobei sich die Lenksäule durch einen Zwischenraum zwischen den beiden Querträgern erstreckt. Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigen
- 1 eine schematische perspektivische Ansicht von schräg vorne eines Teils einer Karosserie nach einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische perspektivische Ansicht von schräg hinten der Karosserie aus 1;
- 3 eine schematische Längsschnittansicht durch die Karosserie aus 1;
- 4 eine schematische Querschnittansicht eines Teils einer Karosserie nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung mit einem mehrteiligen unteren Querträger;
- 5 eine schematische Längsansicht eines Teils einer Karosserie nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung;
- 6 eine schematische perspektivische Ansicht von schräg vorne eines Teils einer Karosserie nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung; und
- 7 eine schematische perspektivische Ansicht eines Querschnitts eines Teils einer Karosserie nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung mit in einem Boden angeordneten Batteriesystem.
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In den Figuren wird ein Koordinatensystem mit mit x, y und z bezeichneten Achsen verwendet. Dabei entspricht die x-Achse der Längsrichtung, die y-Achse der Querrichtung und die z-Achse der Höhenrichtung.
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Die Karosserie umfasst zwei Längsträger 100, einen unteren Querträger 101, einen oberen Querträger 201, zwei A-Säulen 102, von denen aus perspektivischen Gründen in 1 nur eine dargestellt ist, zwei Schweller 103, von denen aus perspektivischen Gründen in 1 nur einer dargestellt ist, und zwei Verbindungsmittel 300, von denen in 1 aus perspektivischen Gründen nur eines dargestellt ist.
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Die Längsträger 100 sind jeweils über eines der Verbindungsmittel 300 am unteren Querträger 101 und am oberen Querträger 201 befestigt. Der obere Querträger 201 ist jeweils über ein erstes Zwischenelement 302 an den A-Säulen 102 befestigt (siehe z. B. 3). Der untere Querträger 101 ist jeweils über ein zweites Zwischenelement 301 an den A-Säulen 102 und an den Schwellern 103 befestigt. Da die vertikale Position der Längsträger 100 zwischen der vertikalen Position des oberen Querträgers 201 und der vertikalen Position des unteren Querträgers 101 liegt, weisen die Verbindungsmittel 300 jeweils eine Y-Form auf.
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Durch diese Konstruktion wird eine besonders steif ausgebildete Karosserie geschaffen, die insbesondere bei einem Frontalunfall besonders stabil ist. Die bei einem solchen Unfall auftretenden Lasten werden von den Längsträgern 100 über die Verbindungsmittel 300 in die Querträger 101 und 201 geleitet. Von dort werden sie weiter in die A-Säulen 102 und die Schweller 103 geleitet.
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Wie insbesondere in 2 ersichtlich ist, ist der untere Querträger 101 an einem Tunnel 200 abgestützt. Der Tunnel 200 ist dabei an einem Boden 204 der Karosserie angeordnet. So werden die am unteren Querträger 101 auftretenden Lasten weit in Richtung des Hecks der Karosserie abgeleitet. Der obere Querträger 201 ist über zwei Streben 202 ebenfalls am Tunnel 200 abgestützt. Dies erhöht weiter die Stabilität der Karosserie.
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In einer Stirnwand der Karosserie ist in einer vertikalen Position zwischen dem oberen Querträger 201 und dem unteren Querträger 101 eine Ausnehmung 203 angeordnet. Diese dient der Durchführung einer Lenksäule des Kraftfahrzeugs.
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Wie insbesondere in 3 ersichtlich ist, ist hinter dem unteren Querträger 101 und unterhalb des Bodens 204 ein Batteriesystem 303 angeordnet. An dieser Position ist das Batteriesystem 303 besonders gut vor einer Beschädigung bei einem Frontalunfall geschützt.
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Der in 4 dargestellte untere Querträger 101 umfasst mehrere Teile. Jedes der Teile kann beispielsweise ein Extrusionsprofilstück sein. Ein mittleres Teil ist dabei senkrecht zu den Längsträgern 100 angeordnet. Das mittlere Teil ist zwischen zwei Endteilen angeordnet, die in einem Winkel zwischen 10° und 80°, nämlich ungefähr 40°, relativ zum mittleren Teil angeordnet sind. Diese Form des unteren Querträgers 101 ist besonders vorteilhaft für eine hohe Stabilität der Karosserie bei einem Frontalunfall.
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In 5 sind ein oberer Querträger 201 und ein unterer Querträger 101 dargestellt, deren Position in der vertikalen Richtung überlappt. In diesem Fall ist es nicht möglich, dass die Längsträger 100 in der vertikalen Richtung zwischen dem oberen Querträger 201 und dem unteren Querträger 101 angeordnet sind. Die Längsträger 100 weisen einen oberen Rand, der in der vertikalen Richtung unterhalb des oberen Rands des oberen Querträgers 201 angeordnet ist, und einen unteren Rand auf, der in der vertikalen Richtung oberhalb des unteren Rands des unteren Querträgers 101 angeordnet ist.
