DE19715874A1 - Vorbaustruktur für einen Personenkraftwagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorbaustruktur für einen Personen­ kraftwagen mit einer oberen Querträgeranordnung und einer unte­ ren Querträgeranordnung, die mit einer Karosserietragstruktur verbunden sind.

Eine solche Vorbaustruktur ist aus Mercedes-Benz-Personenkraft­ wagen allgemein bekannt. Die Vorbaustruktur weist einen oberhalb eines Kühlermodules verlaufenden oberen Querträger sowie einen unterhalb des Kühlermodules verlaufenden unteren Querträger auf, wobei der untere Querträger mit den unteren Längsträgern der Vorbaustruktur und der obere Querträger mit den oberen Längsträ­ gern der Vorbaustruktur verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorbaustruktur der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei einem - auf eine Vorder­ achse des Personenkraftwagens bezogen - äußerst kurzem Vorbau ohne das Vorhandensein einer klassischen Knautschzone einen aus­ reichenden Abbau von Frontalaufprallbelastungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die obere und die untere Querträgeranordnung durch wenigstens zwei in Fahrzeugquerrich­ tung zueinander beabstandete Zugstreben kraftübertragend mitein­ ander verbunden sind. Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich ein Verbund zwischen der oberen und der unteren Querträ­ geranordnung, wodurch die durch die Querträgeranordnungen gebil­ deten unterschiedlichen Aufprallebenen gleichzeitig zur Verfor­ mungsarbeit herangezogen werden. Dadurch ist es möglich, bis zu bestimmten Aufprallbelastungen in der Vorbaustruktur einen der­ artigen Energieabbau zu erzielen, daß die übrige Karosserie­ tragstruktur lediglich durch elastische Kräfte belastet wird. Vorteilhaft ist die Vorbaustruktur so ausgelegt, daß bei einem sogenannten "Reparaturcrash", d. h. einem Fahrzeugaufprall mit einer Geschwindigkeit von 15 km/h, lediglich eine Deformation der beiden Querträgeranordnungen ohne eine plastische Verformung der anschließenden Karosserietragstruktur erfolgt. Vorteilhaft ist das Trägerprofil aus einem Leichtmetall, insbesondere Alumi­ nium, hergestellt, wo hingegen die obere Querträgeranordnung aus Stahl hergestellt ist. Vorteilhaft sind zudem sowohl die obere als auch die untere Querträgeranordnung lösbar an der Karosse­ rietragstruktur festgelegt. Für die beiden Querträgeranordnungen sind jedoch auch andere Materialien wie insbesondere Kunststoff einsetzbar.

In Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens die untere Quer­ trägeranordnung ein Trägerprofil auf, dessen in Fahrtrichtung nach vorne weisende Stirnfläche parallel verlaufend zu einer Au­ ßenkontur einer Außenhaut der Vorbaustruktur gestaltet ist. Durch die Anpassung des Trägerprofiles an die Karosserieaußen­ haut werden bereits geringe, auf die Außenhaut treffende Auf­ prallbelastungen sofort von der unteren Querträgeranordnung auf­ genommen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die untere Querträ­ geranordnung mittels wenigstens zwei zueinander beabstandeter energieabsorbierender Befestigungselemente mit der Karosserie­ tragstruktur verbunden. Dadurch wird eine weiter verbesserte Energieaufnahme der Vorbaustruktur erzielt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die energieabsor­ bierenden Befestigungselemente jeweils ein in Fahrzeuglängsrich­ tung ausgerichtetes Stülprohr auf. Dieses Stülprohr dient als energieabsorbierendes Element- und weist einen besonders einfa­ chen und funktionssicheren Aufbau auf.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in wenigstens einem der beiden Befestigungselemente eine Aufnahme zur lösbaren Fest­ legung einer Abschleppöse integriert. Dadurch weist das Befesti­ gungselement eine Mehrfachfunktion auf, indem es zum einen zur Festlegung der Querträgeranordnung, zum anderen zur Absorption von Aufprallenergie und schließlich zur Festlegung einer Ab­ schleppöse dient.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Aufnahme als Ge­ windehülse gestaltet und in dem Stülprohr festgelegt. Dies ist eine besonders einfache und funktionssichere Ausgestaltung, wo­ bei durch die Art der Festlegung der Gewindehülse im Stülprohr und/oder durch die Gewindegestaltung eine kraftbegrenzte Festle­ gung der Abschleppöse erzielt wird. Damit erfolgt bei Zugbela­ stungen auf die festgelegte Abschleppöse, die eine Beschädigung der gesamten Karosserietragstruktur bewirken könnten, ein Aus­ reißen der Abschleppöse aus der Gewindehülse.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von be­ vorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Front eines Personenkraftwagens mit einer Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen und äußerst kurz gehaltenen Vorbaustruk­ tur,

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung die Vorbaustruktur für den Personenkraftwagen nach Fig. 1,

Fig. 3 einen horizontalen Schnitt durch die Vorbaustruktur des Personenkraftwagens nach Fig. 1 auf Höhe der Anbindung einer Abschleppöse, und

Fig. 4 in einer Explosionsdarstellung eine gegenüber der Dar­ stellung nach Fig. 2 modifizierte untere Querträgeranord­ nung, die mittels energieabsorbierender Befestigungsele­ mente an einer Karosserietragstruktur des Personenkraft­ wagens nach Fig. 1 festlegbar ist.

Ein Personenkraftwagen gemäß Fig. 1 stellt einen Kleinwagen dar, der mit einer äußerst kurz gestalteten - auf die Fahrzeuglängs­ richtung bezogen - Vorbaustruktur 2 versehen ist, die lediglich geringfügig über nicht näher bezeichnete Vorderräder in Fahrt­ richtung nach vorne abragt. Die Vorbaustruktur 2 weist eine obe­ re Querträgerebene 3 auf, die als U-förmig gestaltetes Profil ausgebildet ist, wobei seitliche Schenkelfortsätze etwa horizon­ tal in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten abragen. Diese Schen­ kelfortsätze sind an Längsträgerabschnitten 4 der Karosserie­ tragstruktur des Personenkraftwagens 1 lösbar festgelegt, wobei zur lösbaren Festlegung vorzugsweise Schraubverbindungen vorge­ sehen sind. Die Festlegung der Schenkelfortsätze der oberen Querträgeranordnung 3 erfolgt in vertikalen Anbindungsebenen, die in Fahrzeugquerrichtung verlaufen. Die obere Querträgeran­ ordnung 3 ist vorzugsweise als Stahlprofil gestaltet. Die obere Querträgeranordnung 3 bildet durch ihre Schenkelfortsätze einen U-förmigen, horizontal in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne abra­ genden Bügel, der sich über die gesamte Breite der Karosserie­ tragstruktur erstreckt.

In einer etwa vertikalen und in Fahrzeugquerrichtung verlaufen­ den Ebene sind die obere Querträgeranordnung 3 und die untere Querträgeranordnung 5 durch zwei stabile Zugstreben 7 miteinan­ der verbunden, die jeweils kraftübertragend sowohl in die untere Querträgeranordnung 5 als auch in die obere Querträgeranordnung 3 eingebunden sind. Dadurch bilden die obere Querträgeranordnung 3 und die untere Querträgeranordnung 5 einen gemeinsamen Zugver­ band.

In Abstand unterhalb der oberen Querträgeranordnung 3 ist eine untere Querträgeranordnung 5 vorgesehen, die mittels nachfolgend näher beschriebener Befestigungselemente 11, 12 an zwei unteren Längsträgerfortsätzen 6 festlegbar ist, die in Fahrzeuglängs­ richtung nach vorne bis etwa auf Höhe der bügelförmigen oberen Querträgeranordnung 3 abragen. Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 erkennbar ist, weist die untere Querträgeranordnung einen kastenförmigen Querträger 10, 13 auf, der durch einen - auf die normale Fahrtrichtung des Personenkraftwagens 1 bezogen - vorde­ ren Schalenteil 10 sowie einen hinteren Schalenteil 13 gebildet ist. Der vordere Schalenteil 10 ist als Deckteil für den hinte­ ren, als U-förmiges Hohlprofil gestalteten Schalenteil 13 vorge­ sehen. Die beiden Schalenteile 10, 13 sind zu dem dargestellten Querträgerprofil unlösbar miteinander verbunden. Der vordere Schalenteil 10 weist auf Höhe der Befestigungselemente 11 je­ weils eine nach vorne abragende Ausstülpung auf, die zum Einset­ zen eines als energieabsorbierendes Element dienenden Stülproh­ res 12 vorgesehen ist. Das Stülprohr 12 ist formschlüssig an je­ dem als plattenförmiger Flansch gestalteten Befestigungselement 11 gehalten und ragt in Fahrzeuglängsrichtung horizontal nach vorne ab. Jeder Befestigungsflansch 11 ist mit Hilfe von Schraubverbindungen lösbar mit einer vorderen Stirnfläche des zugeordneten unteren Längsträgerfortsatzes 6 der Karosserie­ tragstruktur verbunden. Der vordere Schalenteil 10 des Querträ­ gerprofiles 10, 13 steht somit über die Stülprohre 12 direkt mit den jeweiligen Längsträgerfortsätzen 6 in Verbindung. Auf einer Vorderseite des Schalenteiles 10 ist über eine in Fahrzeugquer­ richtung gesehene Länge zwischen den beiden Ausstülpungen ein aus energieabsorbierendem Schaum hergestellter Formkörper 9 vor­ gesehen, dessen vordere Stirnfläche exakt an die Kontur einer Außenhaut A der Karosseriebeplankung angepaßt ist.

In jeder Ausstülpung des Schalenteiles 10 des Querträgerprofiles ist zudem ein Durchbruch vorgesehen, durch den hindurch eine Ab­ schleppöse 15 in eine Gewindehülse 14 einschraubbar ist, die in einer vorderen Stirnseite des Stülprohres 12 festgelegt ist. Auch in der Außenhaut A ist eine entsprechende Öffnung vorgese­ hen, durch die die Abschleppöse 15 hindurch in die Gewindehülse 14 einschraubbar oder aus dieser herausschraubbar ist.

Das Kraftniveau der Stülprohre 12 und das Kraftniveau des zwei­ schaligen Querträgers 10, 13 sind aufeinander abgestimmt. Bei einem Fahrzeugaufprall erfolgt die Umsetzung der Aufprallenergie in Verformungsarbeit zunächst durch Kompression des energieab­ sorbierenden Formkörpers 9 und anschließend durch eine Profil­ quetschung des zweischaligen, aus Stahl bestehenden Querträgers 10, 13 sowie die zeitgleiche Verformung der Stülprohre 12.

Die untere Querträgeranordnung gemäß Fig. 4 entspricht vom grundsätzlichen Aufbau der zuvor beschriebenen Querträgeranord­ nung, da auch hier ein Querträgerprofil 10a über energieabsor­ bierende Stülprohre 12 mit Befestigungsflanschen 11 verbindbar ist, die an Stirnseiten der zugeordneten unteren Längsträger­ fortsätze 6 festlegbar sind. Das Querträgerprofil 10a ist jedoch einschalig gestaltet und weist ein U-förmiges Trägerprofil auf, das in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten offen ist. Der in Fahr­ zeuglängsrichtung nach vorne gerichtete Boden des Trägerprofiles ist derart gekrümmt gestaltet, daß er exakt an die Kontur der Außenhaut A des zugehörigen Personenkraftwagens angepaßt ist. Das Trägerprofil 10a wird ausschließlich über die Stülprohre 12 durch nicht näher dargestellte Schweißnähte mit den Befesti­ gungsflanschen 11 verbunden. Dazu ist auf Höhe jedes Stülprohres 12 eine winkelförmige Halterung 15 vorgesehen, die mit Hilfe von Fixierstiften 16 in einer definierten Position im Hohlprofil des Querträgers 10a festlegbar ist. Jede Halterung 15 weist eine Bohrung auf, die im montierten Zustand mit einer Bohrung 17 im Trägerprofil 10a fluchtet. Auch die Ausrichtung des Stülprohres 12 erfolgt koaxial zu diesen Bohrungen. Wie oben bereits be­ schrieben wurde, wird in die Stirnseite des Stülprohres 12 eine Gewindehülse 14 eingesetzt, die ebenfalls koaxial zu den Bohrun­ gen und zum Stülprohr 12 ausgerichtet ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Energieabsorption zu­ nächst über eine Durchbiegung des als Biegeträger ausgelegten einschaligen Querträgerprofiles 10a und anschließend über die Verformung der Stülprohre 12. Das Kraftniveau der Stülprohre 12 ist höher ausgelegt als beim System nach den Fig. 2 und 3. Nach vollständiger Verformung des beaufschlagten Stülprohres 12 legt sich das Querträgerprofil 10a am zugehörigen Längsträger an. Bei höheren Aufprallgeschwindigkeiten als beim sogenannten 15 km/h-Re­ paraturcrash erfolgt noch eine Aufweitung von horizontal ver­ laufenden Ober- und Untergurten des Querträgerprofiles 10a.

Claims (6)

1. Vorbaustruktur für einen Personenkraftwagen mit einer obe­ ren Querträgeranordnung und einer unteren Querträgeranordnung, die mit einer Karosserietragstruktur verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und die untere Querträgeranordnung (3, 5) durch wenigstens zwei in Fahrzeugquerrichtung zueinander beabstandete Zugstreben (7) kraftübertragend miteinander verbunden sind.

2. Vorbaustruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die untere Querträgeranordnung (5) ein Trägerpro­ fil (10a) aufweist, dessen in Fahrtrichtung nach vorne weisende Stirnfläche parallel verlaufend zu einer Außenkontur einer Au­ ßenhaut (A) der Vorbaustruktur (2) gestaltet ist.

3. Vorbaustruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Querträgeranordnung (5) mittels wenigstens zwei zueinander beabstandeter energieabsorbierender Befestigungsele­ mente (12) mit der Karosserietragstruktur verbunden ist.

4. Vorbaustruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die energieabsorbierenden Befestigungselemente jeweils ein in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtetes Stülprohr (12) aufwei­ sen.

5. Vorbaustruktur nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der beiden Befestigungselemente (12) ei­ ne Aufnahme (14) zur lösbaren Festlegung einer Abschleppöse (15) integriert ist.

6. Vorbaustruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme als Gewindehülse (14) gestaltet ist und in dem Stülprohr (12) festgelegt ist.