DE19911832A1 - Tragstruktur für einen Endbereich eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur für einen Endbereich eines Kraftfahrzeugs mit einem unter einem Außenhautelement (3) verborgenen Querträger, der jeweils in den Seitenbereichen mit den zum Fahrzeugäußeren hin gerichteten Enden von Längsträgern (35) verbunden ist. Zur Bereitstellung eines verbesserten Schutzes gegenüber Fußgängern, die mit dem Kraftfahrzeug in eine Kollision geraten, ist zum einen der Querträger in Mehrbalkenanordnung ausgeführt und zum anderen zwischen dem Außenhautelement (2, 3) und der Mehrbalkenanordnung zumindest ein Deformationselement (13, 14, 17, 18) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur für einen Endbereich eines Kraftfahr­ zeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Tragstrukturen sind im modernen Kraftfahrzeugbau hinlänglich be­ kannt und umfassen im wesentlichen Anordnungen von Längsträgern und Querträgern, die einerseits die erforderliche Stabilität und Verwindungsstei­ figkeit sicherstellen und andererseits bei einem Fahrzeugaufprall durch De­ formationen Aufprallenergie aufnehmen. Üblicherweise werden sowohl in Frontbereichen als auch in Heckbereichen Querträger verwendet, die jeweils in Seitenbereichen mit den zum Fahrzeugäußeren hin gerichteten Enden der Längsträger verbunden sind.

Die Auslegung derartiger Tragstrukturen ist bislang hauptsächlich auf einen optimalen Schutz von Fahrzeuginsassen hin ausgelegt worden. Im Hinblick auf Kollisionen mit Fußgängern sind derartige Tragstrukturen allerdings sehr steif. Es kommt hinzu, daß bei den bislang üblichen Fahrzeugfrontpartien die Steifigkeiten entlang der Frontwand sehr unterschiedlich verteilt sind, so daß sich Kompatibilitätsprobleme bei Kollisionen mit anderen Fahrzeugen erge­ ben können, bei denen die Steifigkeiten und Deformationselemente lokal anders beispielsweise in anderen Höhen angeordnet sind.

Zur Verbesserung des Fußgängerschutzes sind bereits unterschiedliche An­ sätze bekannt geworden. So beschreibt beispielsweise die JP 07156749 (B 60 R 21/34) unterschiedliche Maßnahmen zur Optimierung des Schutzes von Fahrzeugkanten, um so bei einer Kollision zwischen Fahrzeug und Fuß­ gänger das von dem Fahrzeug ausgehende Gefährdungspotential deutlich herabsetzen zu können. Problematisch ist bisher jedoch für die praktische Umsetzung die sensorische Differenzierung von Aufprallereignissen dahin­ gehend, daß beispielsweise für unterschiedlichste Konstellationen ein Pfahl­ aufprall sicher von einer Fußgängerkollision unterschieden werden kann. Derzeit gibt es diesbezüglich noch keine serienreifen Sensoriken.

Vielfach ist auch versucht worden, die stoßgefährdenden Bereiche am Kraftfahrzeug für Fußgänger besonders anprallweich auszulegen. Hierbei ergeben sich jedoch häufig Beeinträchtigungen im Design, die von potenti­ ellen Fahrzeugkäufern als nicht akzeptabel angesehen werden. Beispielhaft kann hier auf die gattungsbildende FR 24 45 783 hingewiesen werden. Ei­ nen ähnlichen Weg zur Schaffung anprallweicher Fahrzeugkanten beschrei­ ben die JP 9039835 (B 62 D 25/08) und die JP 8310450 (B 62 D 25/10).

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, gattungs­ gemäße Tragstrukturen so weiterzubilden, daß sie in das gängige äußere Erscheinungsbild von Kraftfahrzeugen integrierbar sind und darüber hinaus einen verbesserten Fußgängerschutz gewährleisten.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Tragstruktur gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird also als Querträgerkonstruktion eine Mehrbalkenan­ ordnung vorgesehen, die bevorzugt nach Art eines Schildrahmens großflä­ chig hinter den Außenhautelemente im Front- oder Heckbereich angeordnet ist. Zwischen dieser eine eigenständige Baugruppe darstellenden Mehrbal­ kenanordnung und den Außenhautelementen ist dann wenigstens ein Stoß­ absorptionselement vorgesehen, das hinsichtlich seines Verformungsver­ haltens auf die Anforderungen eines optimalen Fußgängerschutzes ausge­ legt ist und bevorzugt als mit dem jeweiligen Außenhautelement konturbün­ dig verbindbarer Formkörper ausgebildet ist. Das Außenhautelement wird dadurch so abgestützt, daß es einerseits nach Art einer Lastverteilerplatte wirkt und andererseits gegenüber dem kollidierenden Fußgänger eine an­ prallweiche Kontur darstellt. Solche Stoßabsorptionselemente können bevor­ zugt als Hartschaum-Formteile ausgeführt sein, die dann einerseits optimal an den Konturverlauf der Außenhautelemente anpaßbar sind und anderer­ seits Ausnehmungen aufweisen, die beispielsweise im Vorderwagenbereich die für die Motorkühlung erforderlichen Belüftungsöffnungen freigeben. Die Stoßabsorptionselemente können bevorzugt entweder an der Mehrbal­ kenanordnung oder besser noch an dem Außenhautelement selbst zur Er­ stellung eines Vormontagemoduls befestigt sein.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Mehrbalkenanordnung in einer Vieleck-Anbindung an Längsträgersysteme in unterschiedlichen Höhenebenen angebunden. So ist beispielsweise bei einer dreigliedrig ausgeführten Querbalkenanordnung ein den Mittelbalken und Unterbalken abstützender Bereich an Längsträger angebunden, die in kon­ ventioneller Weise in etwa in Türschwellerhöhe verlaufen und damit im we­ sentlichen dem Bodenbereich des Fahrzeugs zugewandt sind. Ein Oberbal­ ken der dreigliedrigen Mehrbalkenanordnung ist darüber hinaus noch an ei­ nem bevorzugt als Kotflügelbank ausgeführten oberen Längsträger abge­ stützt. Damit ergibt sich insgesamt für das Querträgersystem eine großflä­ chige Anbindung, die in erhöhtem Maße den Anforderungen an einen guten Fußgängerschutz gerecht wird, ohne daß dabei Einbußen beim Crashver­ halten hingenommen werden müssen. Von herausgehobener Bedeutung ist auch, daß insgesamt die bevorzugt nach Art eines Schildrahmens ausge­ führte Mehrbalkenanordnung die Funktion eines Aggregateträgers für ein Vormontagemodul übernehmen kann. Ein solches Vormontagemodul kann dann als Fahrzeuganbau- oder Fahrzeugeinbauteile zum Beispiel ein Küh­ leraggregat, Scheinwerfereinheiten, Behälter für Betriebsflüssigkeiten (Öle, Reinigungsflüssigkeiten, Bremsflüssigkeiten etc.) oder dergleichen aufneh­ men. Der Aggregateträger selbst kann entweder aus Hohlprofilteilen zu­ sammengesetzt oder auch in Schalenbauweise erstellt sein.

Vorteilhaft ist auch die Anbindung der Mehrbalkenanordnung über den Längsträgern vorgeschaltete Solldeformationskörper, die bei Bagatellunfällen verformt werden, ohne benachbarte Bauteile in Mitleidenschaft zu ziehen. Diese gelegentlich auch als Typschadenelemente bezeichneten Solldefor­ mationskörper können nach einem Bagatellunfall problemlos ausgewechselt werden.

Von herausgehobener Bedeutung ist auch, daß bei derartigen Kollisionen die an dem Schildrahmen befestigten Komponenten mit dem Außenhaute­ lement zusammen fahrzeugeinwärts bewegt werden. Insbesondere im Vor­ derwagenbereich kann somit bei mittelschweren Kollisionen dafür gesorgt werden, daß der von dem Schildrahmen zumindest teilweise gekapselte Kühler als solcher noch unbeschädigt bleibt.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Vorderwagenabschnitt,

Fig. 2 für den Vorderwagenabschnitt die wichtigsten Komponenten in einer Explosionsdarstellung und

Fig. 3 in einer Teilansicht den Vorderwagenbereich von innen.

Gleiche Bauteile beziehungsweise Bauteilabschnitte weisen in allen Figuren die gleiche Bezifferung auf.

Man erkennt in Fig. 1 als Endbereich eines Kraftfahrzeuges einen insge­ samt mit 1 bezeichneten Frontabschnitt, dessen wesentliche Außenhautele­ mente hier eine Fronthaube 2 und ein Stoßfängerüberzug 3 sind. Als Mehr­ balkenanordnung ist ein dreigliedriger Schildrahmen 4 vorgesehen, der hier aus einem eine Bodenschürze 5 abstützenden Unterbalken 6, einem vor ei­ nem Kühleraggregat 7 verlaufenden Mittelbalken 8 und einem am oberen Rand des Kühleraggregates 7 verlaufenden Oberbalken 9 zusammengesetzt ist. Der Schildrahmen 4 umfaßt zudem eine nach Art eines Schloßträgers ausgebildete Querplatte 10, auf der eine Verriegelungseinheit 11 für einen der Fronthaube 2 zugeordneten Schloßhaken 12 befestigt ist. Dieser Schloßhaken 12 ist hier bevorzugt als Bestandteil einer Deformationskonsole 13 ausgeführt, die nach Art eines Sollverformungskörpers auf der Unterseite der Fronthaube 2 befestigt ist und zusammen mit einem unterhalb des Stoßfängerüberzuges 3 angeordneten ersten Stoßabsorptionselement 14 eine anprallweiche Vorderwagenoberkante bildet. In diesem Zusammenhang von besonderer Bedeutung ist die Anbindung des Kühleraggregates 7 an den Schildrahmen 4 über Halteschwerter 15 (siehe hierzu auch Fig. 2 und 3), weil damit gegenüber konventionellen Frontendmodulen einerseits eine Absenkung des Kühleraggregates 7 möglich ist und andererseits auch eine Rückverlagerung der Verriegelungseinheit 11 in das Fahrzeuginnere hinein vorgenommen werden kann. Mit Bezug auf derzeit aktuelle Fahr­ zeugmodelle kann so bei in etwa gleichartigem Konturverlauf der Außen­ hautelemente 2 und 3 im Bereich ihrer Stoßlinie 16 ein deutlich größerer Verformungsweg bereitgestellt werden. Für die unteren Beinbereiche des Fußgängers sind ein zweites Stoßabsorptionselement 17 und ein drittes Stoßabsorptionselement 18 vorgesehen, das gleichzeitig auch die Boden­ schürze 5 in sich stabilisiert und für den Kühler einen Anfahrschutz bildet.

Aus der Darstellung in Fig. 1 wird deutlich, daß die Integration der Stoßab­ sorptionselemente 14,17 und 18 ohne wesentlichen Einfluß auf das Außen­ hautdesign vorgenommen werden kann. Zudem verbleiben ausreichend große Öffnungen 19 bis 21, die eine ausreichende Belüftung für Kompo­ nenten eines hier nicht weiter dargestellten Motorraums 22 gewährleisten.

Fig. 2 verdeutlicht den Aufbau des Schildrahmens 4. So sind beispielsweise Halteflansche 23, 24 für die Befestigung von Scheinwerfereinheiten 25, 26 vorgesehen. Hervorzuheben bei der Gestaltung dieser Halteflansche 23 und 24 sind Rastelemente 27 bis 30, die ebenso wie dem Oberbalken 9 zuge­ ordnete Rastelemente 31, 32 (siehe hierzu auch Fig. 3) ein zum Fahrzeug­ inneren hin offenes Schlitzprofil aufweisen. Die auf dem Schildrahmen 4 an den Rastelementen 27 bis 32 vormontierbaren Scheinwerfergehäuse 25, 26 können dadurch in das Fahrzeuginnere ausweichen, wenn sie mit einer er­ höhten Aufprallkraft von außen beaufschlagt werden. Um für diese Aus­ weichbewegung genügend Freiraum zur Verfügung zu stellen, ist an einem als Kotflügelbank 33 ausgeführten oberen Längsträger (siehe Fig. 3) eine Abkröpfung 34 vorgesehen, die zwischen einer Federbeinaufnahme 33a und einem Anschlußbereich 33b beispielsweise gegenüber einem in etwa hori­ zontalen Verlauf der Kotflügelbank 33 einen Winkel α von 20 bis 50 Grad aufweisen kann. Die Kotflügelbank 33 muß nicht zwangsläufig geradlinig verlaufen, sondern kann entsprechend der strichpunktierten Darstellung je nach Packagesituation im Motorraum 22 auch nach Art einer S-Kurve aus­ geführt sein. Die Darstellung in Fig. 3 verdeutlicht überdies die Anbindung des hier als Aggregateträgers ausgebildeten Schildrahmens 4 an den An­ schlußbereich 33b und einen Längsträger 35 mittels Solldeformationskör­ pern 36 bis 39 (siehe hierzu auch Fig. 2).

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schild­ rahmen 4 im wesentlichen nach Art einer Gitterkonstruktion ausgeführt. Es sind also Vertikalstreben 40 bis 42 vorgesehen, welche den Unterbalken 6, den Mittelbalken 8 und den Oberbalken 9 definiert zueinander in Position halten. Schildbleche 43, 44 dienen dabei zum einen der großflächigen Un­ terstützung des Stoßabsorptionselements 17 und versteifen zum anderen das Gittergerüst auch in sich. Abweichend von der in Fig. 2 dargestellten Ausführung kann ein solcher Schildrahmen 4 aber auch in Schalenbauweise aus entsprechend vorprofilierten Blechplatinen oder aus Gußteilen herge­ stellt werden.

Gegenüber bislang üblichen Querträgerkonstruktionen hat der erfindungs­ gemäß ausgeführte Schildrahmen den Vorteil, daß er insgesamt viel schmaler aufbaut, weil nun anstelle einer Einbalkenanordnung die einzelnen Elemente der Mehrbalkenanordnung bei gleicher oder gegebenenfalls sogar erhöhter Gesamtquersteifigkeit schmaler ausgeführt werden können. Der auf diese Weise hinter den Außenhautelementen gewonnene Bauraum kann für die Integration der Stoßabsorptionselemente benutzt werden. Die Ausge­ staltung des Schildrahmens 4 als Aggregateträger erlaubt für den Kompo­ nenteneinbau den Verzicht auf gesonderte Befestigungselemente wie Halte­ bügel oder Haltebleche, so daß die gegebenenfalls in Bezug auf eine Ein­ balkenanordnung eintretende Gewichtserhöhung zumindest teilweise wieder kompensiert werden kann. Von besonderem Einfluß auf die Gewichtsredu­ zierung ist die Tatsache, daß gegenüber konventionellen Konstruktionen der sogenannte Windfang entfallen kann.

Bevorzugt wird der Schildrahmen 4 auch als Halterung für Behälter 45, 46 verwendet, die im eingebauten Zustand von der Fahrzeugvorderseite bei­ spielsweise für Nachfüllzwecke gut zugänglich sind, wenn die Fronthaube 2 geöffnet ist. In potentiellen Deformationszonen erfolgt die Halterung der Be­ hälter 45, 46 nachgiebig, um diese an Deformationsbewegungen teilnehmen lassen zu können.

Mit der erfindungsgemäßen Tragstruktur können auch sehr gute Resultate bei sogenannten ODB (Offset Deformable Barrier)-Crash-Versuchen erzielt werden, weil der Schildrahmen 4 großflächig von der weichen Barriere auf­ genommen wird.

Die in Fig. 3 gezeigte Vierpunktanbindung führt zu einer hohen Torsions­ steifigkeit des Frontabschnitts 1 um die Längsachse des Fahrzeugs, weil durch die starre Verschraubung auf zwei Ebenen ein in sich steifer Verbund über den Schildrahmen 4 geschaffen wird.

Bevorzugt wird das Stoßabsorptionselement 17 als reversibel verformbarer Deformationskörper ausgeführt, damit beispielsweise mit bis zu 4 km/h Rela­ tivgeschwindigkeit erfolgende Stoßbelastungen ohne Schäden an Kompo­ nenten des Frontabschnittes 1 aufgefangen werden.

Insgesamt ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Tragstruktur ein System, das durch Modifikationen an bislang üblichen Karosseriestrukturen erreich­ bar ist und nicht eine vollständige Neukonzeption von Längsträger- und Querträgeranordnungen in Front- und Heckbereichen von Fahrzeugen erfor­ dert.

Claims (16)

1. Tragstruktur für einen Endbereich (1) eines Kraftfahrzeuges mit einem unter wenigstens einem Außenhautelement (3) verborgenen Querträger, der jeweils in Seitenbereichen mit den zum Fahrzeugäußeren hin gerich­ teten Enden von Längsträgern (35) verbunden ist, dadurch gekennzeich­ net, daß

• - der Querträger in Mehrbalkenanordnung ausgeführt ist,
• - die Mehrbalkenanordnung lösbar zumindest mittelbar an den Längsträ­ gern befestigt ist,
• - zwischen dem Außenhautelement (3) und der Mehrbalkenanordnung zu­ mindest ein Stoßabsorptionselement (14, 17, 18) angeordnet ist.

2. Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrbal­ kenanordnung auch an einem bevorzugt als Kotflügelbank (33) ausge­ führten oberen Längsträger abgestützt ist.

3. Tragstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine dreigliedrige Mehrbalkenanordnung vorgesehen ist mit

• - einem Unterbalken (6), an dem eine Bodenschürze (5) abstützbar ist,
• - einem Mittelbalken (8), der einem Kühleraggregat (7) vorgelagert ist,
• - einem Oberbalken (9), der einem oberen Rand des Kühleraggregates (7) vorgelagert ist und/oder diesen bedeckt.

4. Tragstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mehrbalkenanordnung als Montagemodul zu einer vormontierbaren Baugruppe zusammengefaßt ist.

5. Tragstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß durch das Montagemodul ein Aggregateträger gebildet ist, an dem Fahrzeuganbauteile oder Fahrzeugeinbauteile (7; 11; 25, 26; 45, 46) befestigbar sind.

6. Tragstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühler­ aggregat (7) an dem Aggregateträger befestigt ist.

7. Tragstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Scheinwerfereinheit (25, 26) an dem Aggregateträger befestigt ist.

8. Tragstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Stoßabsorptionselement (14, 17, 18) an dem Aggregateträger befe­ stigt ist.

9. Tragstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Element einer Heck- oder Fronthaubenverriegelung an dem Aggrega­ teträger befestigt ist.

10. Tragstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Behälter für eine Betriebsflüssigkeit (45, 46) an dem Aggregateträger befestigt ist.

11. Tragstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch vertikale Trägerelemente (40 bis 42) in der Mehrbalkenanordnung ein Schildrahmen (4) gebildet ist.

12. Tragstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrbalkenanordnung über Solldeformations­ körper (36 bis 39) an den Längsträgem (35) und/oder an den oberen Längsträgern (33) angebunden ist.

13. Tragstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die oberen Längsträger (33) zwischen einer Fe­ derbeinaufnahme (33a) und einem Anschlußbereich (33b) für die Sollde­ formationskörper eine Neigung von mehr als 20 Grad vorgesehen ist.

14. Tragstruktur nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Neigung ein Freiraum vorgesehen ist, in den mit Stoßkraft beauf­ schlagte Scheinwerfergehäuse (25, 26) ausweichen können.

15. Tragstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßabsorptionselemente (14, 17, 18) als mit Außenhautelementen (2, 3) konturbündig verbindbare Formkörper ausge­ bildet sind.

16. Tragstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Verriegelungseinheit (11) eines als Fronthaube (2) ausgeführten Außenhautelementes eine Deformations­ konsole (13) angeordnet ist.