DE10260171A1

DE10260171A1 - Kraftfahrzeug mit wegtauchendem Kühlermodul

Info

Publication number: DE10260171A1
Application number: DE2002160171
Authority: DE
Inventors: Dag-Arnulf Schlaf; Jochen Jonat; Felix Kanther; Andreas Platz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: DE10260171B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem in seinem Vorderwagen hinter einem vorderen Querträger (14) eingebauten Kühlermodul (6). Um bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit auf ein Hindernis die Schadenshöhe zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß mindestens an einer Seite des Kühlermoduls (6) ein Deformationselement (38) zwischen dem Kühlermodul (6) und dem vorderen Querträger (14) angeordnet ist, daß das Kühlermodul (6) mindestens an dieser Seite mit einem beim Aufprall vom vorderen Querträger (14) entkoppelten Bauteil (12) verbunden ist, und daß hinter dem Kühlermodul (6) ein Freiraum (F) ohne verformungssteife Komponenten vorgesehen ist, der beim Aufprall nach einer Verformung des Deformationselements (38) eine begrenzte Bewegung des Kühlermoduls (6) nach hinten gestattet.

Description

Die Endung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem in seinem Vorderwagen hinter einem vorderen Querträger eingebauten Kühlermodul.

Bei Unfällen, bei denen ein herkömmlicher Personenkraftwagen mit einer relativ geringen Geschwindigkeit von 15 bis 25 km/h mit seinem Vorderwagen frontal auf ein unnachgiebiges Hindernis prallt und der vordere Querträger durch den Aufprall nach hinten in einen oder beide Längsträger eintaucht, wird das Kühlermodul gewöhnlich so stark beschädigt, daß es ausgetauscht werden muß. Dadurch steigt die Höhe der Schadenssumme erheblich, was bei dem Einstufungstest für die Vollkaskoversicherung zur Folge hat, daß der Personenkraftwagen in eine höhere Schadensklasse eingestuft wird, was zu höheren Versicherungsbeiträgen führt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Schadenshöhe geringer ist, wenn das Kraftfahrzeug mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit auf ein Hindernis prallt.

Der Begriff "verhältnismäßig geringe Geschwindigkeit" ist dabei von Kraftfahrzeug zu Kraftfahrzeug unterschiedlich, soll jedoch Geschwindigkeiten bezeichnen, bei denen es bei konventionellen Kraftfahrzeugen beim Aufprall gewöhnlich zu einer Beschädigung des Kühlermoduls kommt, jedoch noch nicht zu einer wesentlichen Beschädigung des Motorblocks bzw. einer Verformung der Längsträger des Vorderwagens.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an mindestens an einer Seite des Kühlermoduls ein Deformationselement zwischen dem Kühlermodul und dem vorderen Querträger angeordnet ist, daß das Kühlermodul mindestens an dieser Seite mit einem beim Aufprall vom vorderen Querträger entkoppelten Bauteil verbunden ist, und daß hinter dem Kühlermodul ein Freiraum ohne verformungssteife Komponenten vorgesehen ist, der beim Aufprall nach einer Verformung des Deformationselements eine begrenzte Bewegung des Kühlermoduls nach hinten gestattet.

Als ein beim Aufprall vom Querträger entkoppeltes Bauteil wird ein Bauteil bezeichnet, daß sich bei einem Aufprall bei verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit nicht zusammen mit dem Querträger nach hinten bewegt, zum Beispiel ein Längsträger, in den der Querträger beim Aufprall eintaucht, oder ein nach vorne über eine Motorblockhalterung überstehendes Bauteil.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale kann das Kühlermodul bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit nach hinten in den Freiraum wegtauchen, wenn die Verformung des Deformationselements bzw. die vom vorderen Querträger über das Deformationselement auf das Kühlermodul ausgeübte Kraft ein vorbestimmtes Maß übersteigt, das zum Lösen oder Aufbrechen der Verbindung zwischen dem Kühlermodul und dem vom vorderen Querträger getrennten Bauteil führt. Durch die Bereitstellung des Freiraums hinter dem Kühlermodul wird für das letztere eine Ausweichmöglichkeit geschaffen, so daß es beim Wegtauchen schadensfrei bleibt. Weil das als Kühlerhalterung dienende Bauteil beim Aufprall vom vorderen Querträger entkoppelt ist, wird das Kühlermodul nicht gemeinsam mit dem vorderen Querträger nach hinten bewegt, sondern taucht erst mit einer gewissen Verzögerung nach hinten weg. Das zwischen dem Kühlermodul und dem vorderen Querträger angeordnete Deformationselement, das beim Aufprall zwischen dem Kühlermodul und dem vorderen Querträger zusammengedrückt wird, bewirkt dabei zum einen, daß ein Teil der vom Querträger in das Deformationselement eingeleiteten Aufprallenergie in diesem abgebaut und somit nicht unmittelbar auf das Kühlermodul übertragen wird, was dort zu Schäden führen könnte. Zum anderen bewegt sich das Kühlermodul infolge der Verformung des Deformationselements nicht so weit nach hinten wie der Querträger, so daß für das Wegtauchen des Kühlermoduls ein verhältnismäßig kleiner Freiraum ausreichend ist.

Wenn das Deformationselement nur an einer Seite des Kühlermoduls vorgesehen ist, vorzugsweise bei Kraftfahrzeugen mit Linkslenkung links und bei solchen mit Rechtslenkung rechts, wird das Kühlermodul an seiner entgegengesetzten Seite bevorzugt um eine vertikale Schwenkachse schwenkbar gelagert, so daß es bei einem Offsetaufprall auf der Seite der Lenkers um die Schwenkachse nach hinten in den Freiraum verschenkt wird. Dies hat zur Folge, daß ein noch kleinerer Freiraum ausreicht, um das nach hinten wegtauchende Kühlermodul aufzunehmen, da an der Seite des Schwenklagers kein Freiraum vorgesehen werden braucht.

Zur schwenkbaren Befestigung des Kühlermoduls kann jede Art von Schwenk- oder Gelenklager vorgesehen und gegebenenfalls in das Kühlerlager integriert werden. Grundsätzlich kann sogar ein quer zur Fahrtrichtung ausgerichtetes dünnes vertikales Blech- oder Kunststoffteil verwendet werden, das im Betrieb als Halterung zwischen dem Kühlermodul und einem benachbarten Bauteil dient und sich infolge des relativ langen Hebalarms des Kühlermoduls ohne weiteres verbiegt, sobald an der anderen Seite des Kühlermoduls eine zum Lösen der Verbindung führende Kraft vom Deformationselement auf das Kühlermodul aufgebracht wird.

Die lösbare Verbindung zwischen dem Kühlermodul und dem beim Aufprall vom vorderen Querträger entkoppelten Bauteil ist zweckmäßig eine selbsttätig lösbare Verbindung, zum Beispiel eine Rastverbindung oder eine starre Verbindung mit einer Sollbruchstelle, die ausrastet bzw. zerstört wird, nachdem das Deformationselement um ein gewisses Maß verformt worden ist und die von ihm auf das Kühlermodul ausgeübte Kraft ein gewisses Maß übersteigt.

Soweit es der vorhandene Bauraum im Vorderwagen gestattet, ist es durchaus von Vorteil, an beiden Seiten des Kühlermoduls Deformationselemente und selbsttätig lösbare Verbindungen zu benachbarten, beim Aufprall vom Querträger entkoppelten Bauteilen vorzusehen und ggf. auch beide Seiten des Kühlermoduls mit einem Schwenklager auszustatten. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Endung sieht in diesem Fall vor, die lösbare Verbindung und das Schwenklager in einem Element zu kombinieren.

Das zweckmäßig mit seiner vorderen Stirnseiten am Querträger und mit seiner entgegengesetzten hinteren Stirnseite am Kühlermodul anliegende Deformationselement wird bevorzugt aus Hartschaum hergestellt, da dieser preiswert ist, ein geringes Gewicht aufweist und sich bei seiner Verformung gut zusammendrücken läßt. Alternativ kann das Deformationselement jedoch zum Beispiel auch aus dünnem Blech hergestellt und mit einer Wabenstruktur versehen werden, oder aus Kunststoff, der durch Blasformen zu einem dünnwandigen Hohlkörper geformt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1: eine Draufsicht von oben auf einen Teil des Vorderwagens eines erfindungsgemäßen Personenkraftwagens;
2: eine Ansicht entsprechend 1, jedoch nach einem Offsetfrontalaufprall des Personenkraftwagens;
3: eine Detailansicht des Ausschnitts A aus 1, mit einer starren Verbindung mit Sollbruchstelle zwischen der linken Seite des Kühlermoduls und einer am Längsträger angebrachten Kühlerhalterung;
4: eine Detailansicht des Ausschnitts A aus 1, jedoch mit einer Rastverbindung zwischen der linken Seite des Kühlermoduls und einer am Längsträger angebrachten Kühlerhalterung;
5: einen vergrößerte Detailansicht entsprechend einem Teil der 3 und 4, jedoch von einer als Schwenklager ausgebildeten Rastverbindung, die an beiden Seiten des Kühlermoduls zwischen diesem und einer am Längsträger angebrachten Kühlerhalterung vorgesehen werden kann.
Der in 1 der Zeichnung teilweise dargestellte Vorderwagen eines Pkw weist eine Tragstruktur 2 auf, die als Träger für im Motorraum 4 des Pkw angeordnete Aggregate und Komponenten dient, wie zum Beispiel Motor, Getriebe, Kühlermodul, Starter, Lichtmaschine, Luftfilter und dergleichen, von denen nur das Kühlermodul 6 und schematisch das vordere Stirnende 10 von einem Motorblock und anderen Aggregaten dargestellt ist. Die Tragstruktur 2 dient weiter bei einem Aufprall des Pkw auf ein Hindernis zur Aufnahme von Aufprallenergie, die teilweise durch Verformung der Tragstruktur 2 in Deformationsenergie umgewandelt und teilweise nach hinten in eine Fahrgastzelle (nicht dargestellt) des Pkw weitergeleitet wird.
Die Tragstruktur 2 umfaßt im wesentlichen zwei nur teilweise dargestellte horizontale Längsträger 12, die parallel zu einer Längsachse des Pkw nach vorne in den Vorderwagen überstehen, sowie einen die vorderen Stirnenden der Längsträger 12 verbindenden horizontalen vorderen Querträger 14. Der Querträger 14 besteht aus einem konvex nach vorne gebogenen Vorderteil 16 und zwei über seine Rückseite überstehenden Verbindungsstücken 18, die jeweils in Verlängerung des benachbarten Längsträgers 12 angeordnet und so mit diesem verbunden sind, daß sie in das vordere Stirnende des Längsträgers 12 eintauchen, wenn der Pkw mit einer Geschwindigkeit von mehr als 10 bis 15 km/h auf ein unbewegliches Hindernis aufprallt, wie in 2 nach einem einseitigen Offsetfrontalaufprall des Pkw am Beispiel des linken lenkungsseitigen Verbindungsstücks 18 dargestellt.
Das Kühlermodul 6 besteht im wesentlichen aus zwei Kühlern 20, 22 und zwei an der Rückseite des hinteren Kühlers 22 angeordneten Kühlluftgebläsen 24, 26. Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kühlermodul 6 an seiner rechten Seite mittels eines Schwenklagers 28 mit vertikaler Schwenkachse schwenkbar an einer nach innen über das Vorderteil 16 und das rechte Verbindungsstück 18 des vorderen Querträgers überstehenden Kühlerhalterung 30 befestigt. An der linken Seite besteht die Kühlerhalterung 32 aus einem starr am vorderen Stirnende des linken Längsträgers 12 befestigten Knotenblech 34, das mit einem an der linken Stirnseite des Kühlermoduls 6 angebrachten steifen Blech- oder Kunststoffteil 36 verbunden ist. Zwischen der Rückseite des Vorderteils 16 des vorderen Querträgers 14 und der benachbarten Vorderseite des Blech- oder Kunststoffteils 36 ist ein quaderförmiges Deformationselement 38 aus einem verformbaren Hartschaum angeordnet. Das Deformationselement 38 ist starr mit dem Querträger 14 und dem Kühlermodul 6 verbunden, so daß es das Kühlermodul 6 im Betrieb mitträgt. Das Deformationselement 38 stützt sich mit seiner Vorderseite über die gesamte Höhe des Querträgervorderteils 16 an dessen Rückseite ab, während seine eigene Rückseite am Blech- oder Kunststoffteil 36 anliegt.
Wie am besten in 3 dargestellt, besteht die Verbindung 40 zwischen der linken Kühlerhalterung 32 und dem Kühlermodul 6 aus einem mit einer Sollbruchstelle 42 versehenen Steg 44, der zwischen der Kühlerhalterung 32 und dem Kühlermodul 6 angeordnet und starr mit diesen beiden Teilen verbunden ist.
Das Deformationselement 38 wird beim Aufprall des Vorderwagens durch Kompression verformt, sobald sich das Querträgervorderteil 16 nach hinten in Richtung des Motorraums 4 bewegt, während das Kühlermodul 6 infolge der Verbindung 40 zwischen dem Blech- oder Kunststoffteil 36 und dem Knotenblech 34 anfänglich noch in seiner Lage festgehalten wird. Mit zunehmender Verformung des Deformationselements 38 werden die von diesem auf das Kühlermodul 6 aufgebrachten Kräfte jedoch immer größer und übersteigen schließlich die zur Zerstörung des Stegs 44 im Bereich der Sollbruchstelle 42 erforderliche Kraft.
Die Sollbruchstelle 42 im Steg 44, der durch die beim Aufprall vom Deformationselement 38 auf das Kühlermodul aufgebrachte Kraft P auf Zug beansprucht wird, ist derart ausgebildet, daß sie kurz vor einem ersten Kontakt zwischen dem Querträgervorderteil 16 und dem Kühlermodul 6 bricht oder reißt, das heißt, wenn das Deformationselement 38 auf die in 2 dargestellte Länge zusammengedrückt worden ist.
Anschließend wird das Kühlermodul 6 über das zusammengedrückte Deformationselement 38 um die Schwenkachse des Schwenklagers 28 nach hinten in einen hinter dem Kühlermodul vorhandenen Freiraum F verschwenkt, wo es die in 2 dargestellte Lage einnimmt, wenn das Verbindungsstück 18 vollständig in den linken Längsträger 12 eingetaucht ist.
Der Freiraum F enthält keine verformungssteifen Komponenten, die das Kühlermodul 6 beschädigen könnten. Jedoch sind innerhalb des Freiraums F zweckmäßig nachgiebige Komponenten, wie Kühlwasserschlauchleitungen 48, Kabel, Lüftungsleitungen oder dergleichen verlegt, die sich ohne eine Beschädigung des Kühlermoduls verformen und die als Puffer zwischen dem Kühlermodul und dem vorderen Stirnende 10 des Motorblocks bzw. der anderen Aggregate dienen können, wenn das Kühlermodul 6 beim Aufprall nach dem Bruch der Verbindung 40 nach hinten geschwenkt wird. Das Deformationselement 38, die lösbare Verbindung 40 zwischen dem Kühlermodul 6 und der Kühlerhalterung 32 und der Freiraum F werden zweckmäßig so aufeinander abgestimmt, daß sich das Kühlermodul 6 knapp vor dem vorderen Stirnende 10 des Motorblocks bzw. der anderen Aggregate befindet, wenn das Verbindungsstück 18 ganz in den linken Längsträger 12 eingetaucht ist.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Verbindung 40 zwischen der linken Kühlerhalterung 32 und dem Kühlermodul 6 statt einer Sollbruchstelle 42 eine am Blech- oder Kunststoffteil 36 befestigte Rastzunge 48, die in eine Rastaufnahme 50 eines über die Kühlerhalterung 32 überstehenden Auslegers 52 eingreift und bei Überschreiten einer vorgegebenen Kraft P aus der Rastaufnahme 50 herausgezogen wird, woraufhin das Kühlermodul 6 durch das Deformationselement 38 nach hinten in den Freiraum F geschwenkt wird.
Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Verbindung 40 ebenfalls eine Rastverbindung, die jedoch gleichzeitig als Schwenklager 28 ausgebildet ist und eine zylindrische Rastzunge 54 mit vertikaler Längsachse umfaßt, die in eine in Bewegungsrichtung der Rastzunge 54 beim Ausrasten offene teilzylindrische Rastaufnahme 56 mit vertikaler Längsachse eingerastet ist. Wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Rastzunge 54 und die Rastaufnahme 56 starr mit dem Kühlermodul 6 bzw. mit der Kühlerhalterung 32 verbunden. Eine entsprechende Verbindung 40 ist an der anderen Seite des Kühlermoduls 6 angeordnet, so daß dieses bei einem einseitigen linken oder rechten Offsetfrontalaufprall jeweils an der Seite des Aufpralls ausrastet und an der gegenüberliegenden Seite um die Schwenkachse S des Schwenklagers 28 verschwenkt wird, während es bei einem mittigen Frontalaufprall an beiden Seiten ausrasten und nach hinten wegtauchen kann. Es versteht sich, daß in diesem Fall entsprechend der Freiraum F an beiden Seiten ausreichend groß sein muß.

Claims

Kraftfahrzeug mit einem in seinem Vorderwagen hinter einem vorderen Querträger eingebauten Kühlermodul, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens an einer Seite des Kühlermoduls (6) ein Deformationselement (38) zwischen dem Kühlermodul (6) und dem vorderen Querträger (14) angeordnet ist, daß das Kühlermodul (6) mindestens an dieser Seite mit einem Bauteil (12) verbunden ist, das bei einem Aufprall auf ein Hindernis vom vorderen Querträger (14) entkoppelt ist, und daß hinter dem Kühlermodul (6) ein Freiraum (F) ohne verformungssteife Komponenten vorgesehen ist, der beim Aufprall nach einer Verformung des Deformationselements (38) eine begrenzte Bewegung des Kühlermoduls (6) nach hinten gestattet.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verbindung (40) zwischen dem Kühlermodul (6) und dem Bauteil (12) selbsttätig löst, wenn das Deformationselement (38) beim Aufprall über ein gewisses Maß hinaus verformt wird oder eine vom Deformationselement (38) auf das Kühlermodul (6) aufgebrachte Kraft (P) ein gewisses Maß überschreitet.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (40) eine Rastverbindung ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (40) eine starre Verbindung mit einer Sollbruchstelle (42) ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (12) ein Längsträger einer Tragstruktur (2) des Vorderwagens ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlermodul (6) an mindestens einer Seite schwenkbar befestigt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur schwenkbaren Befestigung des Kühlermoduls (6) ein Schwenk- oder Gelenklager (28) oder ein biegsames Blech- oder Kunststoffteil zwischen dem Kühlermodul (6) und einer benachbarten Kühlerhalterung (30, 32) angebracht ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenk- oder Gelenklager (28) und die Verbindung (40) zu einer Komponente kombiniert sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenk- oder Gelenklager (28) oder biegsame Blech- oder Kunststoffteil eine im wesentlichen vertikale Schwenkachse (S) aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenk- oder Gelenklager (28) oder biegsame Blech- oder Kunststoffteil in ein Kühlerlager integriert ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationselement (38) mit entgegengesetzten Stirnseiten am Querträger (14) bzw. am Kühlermodul (6) anliegt.
Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationselement (38) mindestens teilweise aus einem Hartschaum hergestellt ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationselement eine Wabenkonstruktion aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationselement von einem Blechteil gebildet wird.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationselement von einem Kunststoffteil gebildet wird.
Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Freiraum (F) ein Verschwenken des Kühlermoduls (6) um etwa 7 bis 15 Grad gestattet.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, sowie mit einer Linkslenkung, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationselement (38) an der linken Seite des Kühlermoduls (6) und ein Schwenklager (28) an der rechten Seite des Kühlermoduls (6) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, sowie mit einer Rechtslenkung, dadurch gekennzeichnet, daß das Deformationselement (38) an der rechten Seite des Kühlermoduls (6) und ein Schwenklager (28) an der linken Seite des Kühlermoduls (6) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlermodul (6) an seinen beiden Seiten schwenkbar gelagert ist und an seinen beiden Seiten ein Deformationselement (38) zwischen dem Kühlermodul (6) und dem vorderen Querträger (14) angeordnet ist.