DE2845548C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere einen PKW, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art.

Bei solchen Fahrzeugen dient das im Vorbau angeordnete Trägerwerk neben der Lagerung von Aggregaten und der Aufnahme im Fahrbetrieb auftretender Beanspruchungen auch der Energieabsorption beim Frontalaufprall und der definierten Einleitung der dabei auftretenden Kräfte in die Fahrgastzelle. Die Fahrgastzelle soll dabei möglichst in ihren räumlichen Abmessungen unverändert bleiben oder nur dort wesentliche Veränderungen erfahren, wo diese für die Fahrzeuginsassen unschädlich sind. Durch konstruktive Gegebenheiten, wie Stoßfängerlage, Art und Anordnung der Vorderachse und des Lenkgetriebes sowie der Lage des Bodens der Fahrgastzelle, entsteht zwischen dem auf Stoßfängerhöhe verlaufenden oberen Längsträger und dem am Boden der Fahrgastzelle angreifenden unteren Längsträger ein mehr oder weniger großer Höhenversatz. Dieser wiederum bedingt ungünstige Voraussetzungen für die Einleitung der beim Frontalaufprall im Trägerwerk auftretenden Kräfte in die Fahrgastzelle.

Bei einem bekannten Fahrzeug (DE-OS 12 45 763) ist zur Verbesserung der Krafteinleitung der den oberen und den unteren Längsträger miteinander verbindende Verbindungsträger unmittelbar an der in Fahrtrichtung weisenden Stirnwand der Fahrgastzelle angeordnet. Hierbei wird gegen Stoßende die Stirnwand beträchtlichen Verformungskräften ausgesetzt, die ihre Schutzfunktion nachteilig beeinflussen. Um die Stirnwand hinreichend formsteif auszubilden, wurde bereits vorgeschlagen, diese nach vorn auszubauchen und mit zusätzlichen Trägern zu verstärken. Eine solche Konstruktion hat jedoch den Nachteil, daß die Stirnwand nur mit hohem Gewichtseinsatz hinreichend steif ausgebildet werden kann, was sich beträchtlich auf Kosten und Gesamtgewicht des Fahrzeuges auswirkt. Außerdem kann eine Beschädigung oder Zerstörung von vor der Stirnwand liegenden Aggregaten beim Aufprall nicht verhindert werden. Diese werden zudem gegen die Stirnwand vorgeschoben, können dieselbe eindrücken und die Insassen gefährden.

Bei einem bekannten PKW der eingangs genannten Art (DE-AS 20 36 077) ist in jedem Trägerwerk der formsteif ausgebildete und mit dem oberen Längsträger einstückige Stützträger längs der Stirnwand der Fahrgastzelle nach unten abgewinkelt und stützt sich an dem unterem Längsträger ab. Der Verbindungsträger stellt sich als nach oben gebogenes Ende des unteren Längsträgers dar. Im Bereich der Verbindungsstelle zwischen dem Verbindungsträger und dem oberen Längsträger ist letzterer bogenförmig, und zwar von unten gesehen konkav, ausgeformt. An dem Scheitelpunkt des bogenförmigen Teils ist das aus Motor und Getriebe bestehende Aggregat aufgehängt. Die beiden nach vorn vorstehenden freien Enden der oberen Längsträger beider Trägerwerke sind durch einen bogenförmigen Querträger abgeschlossen, der den Stoßfänger bildet.

Bei Frontalzusammenstoß wirkt die gesamte Stoßenergie auf die oberen Längsträger ein. Diese verwinden sich nach Eindrücken des Stoßfängers zunächst im Bereich ihrer vorderen Enden bis zu den Verbindungsstellen, wonach die oberen Längsträger an dem oberen Scheitelpunkt des bogenförmigen Teils knicken, so daß die vorderen Enden nach unten gebogen und das gesamte Vorderteil des Fahrzeugs angehoben wird. Bei großen Stößen kommt es nach Anheben des Vorderteils zu einem Knicken der unteren Längsträger um die Abstützstelle der Stützträger, wodurch diese gegen die Stirnwand drücken und das Aggregat gegen das einen mit der Stirnwand der Fahrgastzelle verbunden Querträger bildende Instrumentenbrett anhebt. Noch vorhandene Restenergie wird nach Einbiegen des Querträgers in eine Verformung der Stirnwand umgesetzt.

Bei einer bekannten Stoßabsorber-Rahmenkonstruktion für Personenkraftwagen (US-PS 39 15 486) sind zwischen der Fahrgastzelle und dem Stoßfänger vier horizontal sich erstreckende Stoßabsorbereinheiten angeordnet. Die Stoßabsorbereinheiten sind im Abstand vor der Stirnwand der Fahrgastzelle über einen Kreuzverband miteinander verbunden. Am anderen Ende sind jeweils eine obere und untere Stoßabsorbereinheit über einen vertikalen Verbindungsträger miteinander verbunden, der unmittelbar vor der Stirnwand der Fahrgastzelle an einem die Fahrgastzelle tragenden Hauptrahmen befestigt ist. Die beiden unteren Längsträger stehen über den vorderen Kreuzverband vor und tragen an ihrem freien Ende den Stoßfänger. Jede Stoßabsorbereinheit besteht aus zwei ineinandergesteckten Hülsen, wobei der Einsteckbereich jeder Hülse im Durchmesser größer ausgebildet ist als der restliche Hülsenbereich. Bei Frontalzusammenstoß wird die auf den Stoßfänger einwirkende Kraft über den Kreuzverband etwa gleichmäßig auf die vier Stoßabsorbereinheiten übertragen. Deren Hülsen dringen tiefer ineinander ein, wobei die restlichen Hülsenbereiche sich aufweiten und durch plastische Verformung ein Teil der Stoßenergie auffangen. Die restliche Stoßenergie wird in den Hauptrahmen eingeleitet, der sich dadurch verformt. Bei großen Stößen ist die verbleibende Restenergie erheblich und eine Deformation der Fahrgastzelle daher nicht auszuschließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug, insbesondere einen PKW, der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Stoßenergie bei Frontalaufprall fast vollständig vor der Stirnwand der Fahrgastzelle aufgefangen wird, so daß auf letztere keine oder nur unbeträchtliche Kräfte einwirken und somit der Stirnwandverband bei hinreichender Tragfähigkeit geringgewichtig dimensioniert werden kann.

Die Aufgabe ist bei einem Fahrzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.

Der an der Stirnwand sich abstützende Stützträger auf jeder Fahrzeugseite macht das Trägerwerk in erheblichem Maße verwindungssteif und leitet die im Fahrbetrieb auftretende Beanspruchung recht günstig in die selbsttragende Fahrgastzelle ein. Bei Frontalaufprall hingegen sorgt dieser Stützträger mit seiner Deformationszone in jedem Trägerwerk dafür, daß der Verbindungsträger nur in einer bestimmten Richtung ausknicken und der untere Längsträger sich nur definiert verformen kann, gleichzeitig aber alle Verformungskräfte von der Stirnwand der Fahrgastzelle abgehalten werden. Durch die dichte Anordnung der Deformationszone im Stützträger nahe der Verbindungsstelle von oberem Längsträger und Verbindungsträger wird im Stützträger ein unverformt bleibender Trägerabschnitt geschaffen, der vorteilhaft für die Befestigung von zu schützenden Einzelaggregaten im Frontteil des Kraftfahrzeugs genutzt werden kann. Für die Einleitung der Stoßenergie in den unteren Längsträger weit vor der Stirnwand sorgt der Verbindungsträger, so daß nur noch ein Teil der Stoßenergie zur Deformation des Stützträgers beitragen kann.

Wird nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 3 in diesem unverformbaren Stützträgerabschnitt das Lenkgetriebe gehalten, so treten bei Frontalaufprall keine Kräfte am Lenkgetriebe auf und der Fahrzeuglenker wird ohne zusätzliche Maßnahmen vor dem ihn besonders gefährdenden Verschieben von Lenksäule und Lenkrad geschützt.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Frontteils eines PKW,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Trägerwerks im Frontteil des PKW in Fig. 1,

Fig. 3 die gleiche Seitenansicht des Trägerwerks in Fig. 2 nach Ver­ formung infolge eines Frontal­ aufpralls.

In Fig. 1 ist in dem Frontteil des PKW lediglich das zum Verständnis der Erfindung Wesentliche eingezeichnet. Ange­ deutet ist die Fahrgastzelle 10, die in Fahrtrichtung durch ihre Stirnwand 11 begrenzt ist. Außerdem sind noch das linke Vorderrad 12 zu sehen, sowie von der Vorderachse deren unterer Querlenker 13 und Zug-Druck-Strebe 14. Der Stoß­ dämpfer 15 für das Vorderrad 12 ist strichpunktiert ange­ deutet.

Der Fahrgastzelle 10 ist in Fahrtrichtung ein Stoßfänger 16 vorgelagert. Zwischen diesem und der Fahrgastzelle 10 sind zwei Trägerwerke symmetrisch zur Längsachse des Fahrzeuges in Querabstand zueinander und parallel verlaufend angeord­ net, die sich im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung er­ strecken und von denen nur das linke Trägerwerk 17 in Fig. 1 zu sehen ist. Beide Trägerwerke 17 sind über einen Quer­ träger 18 miteinander verbunden. Der Stoßfänger 16 greift an beiden Trägerwerken 17 an.

Jedes Trägerwerk 17 weist einen in Höhe des Stoßfängers 16, diesen endseitig tragend, im wesentlichen in Fahrzeug­ längsrichtung zur Fahrgastzelle 10 hin verlaufenden oberen Längsträger 19, einen an der Fahrgastzelle 10 mittelbar oder unmittelbar angreifenden unteren Längs­ träger 20 und einen die beiden Längsträger 19 und 20 mit­ einander verbindenden Verbindungsträger 21 auf. Letzterer verläuft vom unteren Längsträger 20 zum oberen Längsträger 19 und schräg nach vorn in Richtung des Stoßfängers 16. Der untere Längsträger 20 erstreckt sich im wesentlichen in Höhe des Bodens 22 der Fahrgastzelle 10 und ist im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet. Er steht über die Stirnwand 11 hinaus nach vorn vor und endet hier in einem wesentlichen Abstand von dieser. Der Verbindungsträger 21 ist ebenfalls in einem wesentlichen Abstand von der Stirnwand 11, vorzugsweise im Bereich der Fahrzeugvorderachse, angeordnet.

Zwischen der Verbindungsstelle 23 des oberen Längsträgers 19 mit dem Verbindungsträger 21 und der Stirnwand 11 der Fahrgastzelle 10 erstreckt sich ein Stützträger 24. Der Stützträger 24 stützt sich dabei einerseits an der Stirn­ wand 11 und andererseits an dem oberen Längsträger 19 ab und fluchtet im wesentlichen mit letzterem. Der Stützträ­ ger 24 enthält einen Kraftbegrenzer, der in dem Ausfüh­ rungsbeispiel als Deformationszone 25 des letzteren aus­ gebildet ist. Die Deformationszone 25 ist vorzugsweise nahe der Verbindungsstelle 23 angeordnet. Diese definierte Deformationszone ist derart ausgebildet, daß sie sich bei frontaler Krafteinwirkung auf den oberen Längsträger 19 zeitlich nach diesem, aber vor dem unteren Längsträger 20 verformt.

Der Stützträger 24 nimmt in seinem Querschnitt von der Deformationszone 25 aus zur Stirnwand 11 der Fahrgast­ zelle 10 hin zu. Diese Zunahme des Querschnitts erfolgt dadurch, daß die Höhe des Stützträgers 24 in dem vorge­ nannten Abschnitt zur Stirnwand 11 hin anwächst. An diesem Abschnitt des Stützträgers 24 zwischen Deformationszone 25 und Stirnwand 11 ist das Lenkgetriebe 26 befestigt. Dieses ist in Fig. 1 strichpunktiert eingezeichnet. Weiter ist in Fig. 1 noch zusätzlich das vom Lenkgetriebe 26 zum Vorderrad 12 führende Lenkgestänge 27 strichpunktiert dar­ gestellt.

Der untere Längsträger 20 weist Aufnahmen 28 und 29 für die Fahrzeugvorderachse auf. Er ist hierbei über seine Verbindungsstelle mit dem Verbindungsträger 21 nach vorn in Richtung Stoßfänger 16 vorgezogen und trägt in diesem Vorsprung 30 eine der Aufnahmen für die Fahrzeugvorder­ achse, nämlich die Aufnahme 28 für den unteren Querlenker 13. Die andere Aufnahme 29 für die Zug-Druck-Strebe 14 ist im Bereich zwischen der Stirnwand 11 und der Verbindungs­ stelle des unteren Längsträgers 20 mit dem Verbindungs­ träger 21 angeordnet, und zwar - wie aus Fig. 3 besonders gut zu sehen ist - vorzugsweise in dem Abschnitt des unte­ ren Längsträgers 20, der sich bei Frontalaufprall nur wenig oder überhaupt nicht verformt.

Der Verbindungsträger 21 trägt eine Halterung 31 für den Motor des Fahrzeugs, der in der Zeichnung nicht darge­ stellt ist. An dieser Halterung ist der Motor federnd abgestützt oder aufgehängt.

Das gesamte Trägerwerk 17 ist, wie aus Fig. 1-3 ersicht­ lich, einteilig ausgebildet. Der untere Längsträger kann aber auch als vom Trägerwerk 17 getrennte Baueinheit aus­ gebildet und Teil des Fahrschemels des Fahrzeugs sein. Zweckmäßig kann aber auch sein, Längsträger 20 und Ver­ bindungsträger 21 als vom Trägerwerk 17 getrennte Bauein­ heit und als Teil des montierbaren Fahrschemels auszubilden.

In Fig. 2 ist das Trägerwerk 17 unverformt zu sehen. Im Vergleich hierzu ist in Fig. 3 das gleiche Trägerwerk 17 nach einem Frontalaufprall dargestellt. Deutlich ist zu sehen, daß sich bei einem Frontalaufprall zunächst der obere Längsträger 19 nahezu über seiner gesamten Länge verformt. Zeitlich nach dessen Verformung setzt nunmehr die Verformung der Deformationszone 25 im Stützträger 24 ein. Dabei richtet sich der Verbindungsträger 21 etwas auf, so daß er nahezu im rechten Winkel zu dem oberen und unte­ ren Längsträger 19 bzw. 20 verläuft. Die Deformationszone 25 wirkt als Kraftbegrenzer und entlastet die Stirnwand 11 der Fahrgastzelle 10. Zeitlich nach der Verformung der De­ formationszone 25 gibt nunmehr der untere Längsträger 20 nach und verformt sich - wie in Fig. 3 schematisch darge­ stellt - ebenfalls. Bei weitergehender Verformung kann dann der untere Längsträger 20 nur zur Fahrbahn hin ab­ biegen.

Wie in Fig. 3 deutlich zu erkennen ist, bleibt der Ab­ schnitt des Stützträgers 24 zwischen Deformationszone 25 und der Stirnwand 11 der Fahrgastzelle 10 beim Frontalauf­ prall unverformt. Das hier befestigte Lenkgetriebe 26 bleibt in seiner räumlichen Zuordnung zu der Fahrgastzelle 10 unverändert. Dadurch kann sich die in Fig. 1-3 strich­ punktiert dargestellte Lenksäule 32, die ja in die Fahr­ gastzelle 10 hineinragt, zu keinem Zeitpunkt des Frontal­ aufpralls weiter in das Innere der Fahrgastzelle hinein verschieben und somit dem Fahrzeuglenker gefährden.

Wie in Fig. 3 ebenfalls schematisch angedeutet ist, erfolgt die Verformung des unteren Längsträgers 20 hauptsächlich nahe dessen Verbindungsstelle mit dem Verbindungsträger 21. Die beiden Aufnahmen 28 und 29 für die Fahrzeugvorderachse (unterer Querlenker 13 und Zugstrebe 14) liegen in einem Abschnitt des unteren Längsträgers 20, der in den meisten Fällen beim Aufprall nicht verformt wird. Dies ergibt den Vorteil, daß das Fahrzeug zumindest bei einem leichteren Frontalaufprall nach dem Aufprall noch bedingt bewegbar und lenkbar ist, was in manchen Verkehrssituationen von wesent­ lichem Vorteil sein kann.

Claims (8)

1. Fahrzeug, insbesondere PKW, mit einer Fahrgastzelle, mit einem dieser in Fahrtrichtung vorgelagerten Stoßfänger, mit mindestens einem zwischen dem Stoßfänger und der Fahrgastzelle angeordneten, sich im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Trägerwerk, das einen in Höhe des Stoßfängers, diesen endseitig tragend, im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung zur Fahrgastzelle hin verlaufenden oberen Längsträger, einen an der Fahrgastzelle mittelbar oder unmittelbar angreifenden und in deren Bodenhöhe im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten, über die Stirnwand der Fahrgastzelle hinaus nach vorn vorstehenden und hier in einem wesentlichen Abstand von dieser endenden unteren Längsträger und einen die beiden Längsträger miteinander verbindenden, in einem wesentlichen Abstand vor der Stirnwand der Fahrgastzelle vom unteren zum oberen Längsträger schräg nach vorn verlaufenden Verbindungsträger aufweist, und mit einem sich von der Verbindungsstelle des oberen Längsträgers mit dem Verbindungsträger zur Stirnwand der Fahrgastzelle hin erstreckenden, mit dem oberen Längsträger im wesentlichen fluchtenden Stützträger, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützträger (24) sich an der Stirnwand (11) der Fahrgastzelle (10) abstützt und eine definierte Deformationszone (25) enthält, die nahe der Verbindungsstelle (23) des oberen Längsträgers (19) mit dem Verbindungsträger (21) angeordnet und derart ausgebildet ist, daß sie sich bei frontaler Krafteinwirkung auf den oberen Längsträger (19) zeitlich nach diesem, aber vor dem unteren Längsträger (20) verformt.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützträger (24) in seinem Querschnitt, vorzugsweise in seiner Höhe, von der Deformationszone (25) aus zur Stirnwand (11) der Fahrgastzelle (10) hin zunimmt.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Stützträger (24) im Abschnitt zwischen Deformationszone (25) und Stirnwand (11) der Fahrgastzelle (10) das Lenkgetriebe (26) gehalten ist.

4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Längsträger (20) Aufnahmen (28, 29) für die Fahrzeug-Vorderachse (13, 14), wie Querlenker oder Querlenker (13) mit Zug-Druck-Strebe (14), aufweist und vorzugsweise dabei über seine Verbindungsstelle mit dem Verbindungsträger (21) nach vorn vorsteht und hier eine dieser Aufnahmen (28) trägt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsträger (21) mindestens eine Halterung (31) für den Motor trägt.

6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerwerk (17) einteilig ausgebildet ist.

7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der untere Längsträger (20) und der Verbindungsträger (21) als vom Trägerwerk (17) getrennte Baueinheit ausgebildet und Teil des Fahrzeugschemels ist.

8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel zueinander verlaufende Trägerwerke (17) in Querabstand zueinander angeordnet und über mindestens einen sich im wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Querträger (18) miteinander verbunden sind und daß der Stoßfänger (16) an beiden Trägerwerken (17) angreift.