DE4303301A1 - Vorbaustruktur für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorbaustruktur für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Anordnung eines Querträgers zwischen den Längsträgerenden im Endbereich eines Fahrzeuges zur Verbesserung des Deforma­ tionsverhaltens des Fahrzeugs bei einem Aufprall ist bekannt. Beispielsweise übernehmen bei einer Vorbaustruktur im Fahrzeug­ frontbereich die sich an Stirnwand und Fahrgastzellenboden ab­ stützenden vorderen Längsträger, die im Vorderachsbereich und an ihren vorderen Enden mit Querträgern verbunden sind, den wesentlichen Teil der Energieabsorption.

Bei einem Vorbau nach der DE-OS 29 36 827 ist ein als Zugstrebe ausgebildeter Querträger vor einem Antriebsaggregat starr mit den Längsträgerenden verbunden und besitzt eine in Richtung auf den dem Gegenverkehr zugewandten Längsträger hin zunehmende Querschnittsfläche.

Auch in der DE 31 22 673 A1 ist die starre Anbindung eines vor­ deren Querträgers an die zugehörigen Längsträgerenden offen­ bart, wobei der Querträger zum Längsträger hin eine Quer­ schnittsvergrößerung aufweist, in der er das Längsträgerende sowie einen mit einer Stoßstange verbundenen Deformationskörper aufnimmt, welcher sich bei auf die Stoßstange einwirkenden Druckkräften deformieren kann.

Die bekannte Konzeption mit einem vorderen Querträger soll ge­ rade auch bei Kollisionen mit nur teilweiser Überdeckung Kräfte auf die stoßabgewandte Seite des Vorbaus übertragen und damit vermehrt Energie absorbieren. Allerdings tritt dieser Effekt durch die starre Anbindung des Querträgers an die Längsträger bereits bei geringer Unfallschwere auf, was in solchen Fällen zu einer unnötigen Schadensbildung führen kann. Außerdem kann insbesondere bei einseitigen Verformungen der Vorbaustruktur beim Eindrehen des Querträgers das plastische Deformationsver­ mögen des verwendeten Werkstoffs im Knotenbereich überfordert werden, so daß die Verbindung dann bereits frühzeitig versagt. Wird der Längsträger beim Aufprall nicht getroffen, besteht die Gefahr, daß der nach außen kragende Querträger ohne nennenswerte Energieabsorption versagt. Bei Verwendung lediglich eines ein­ fachen Zugbandes als Querträger kann es ebenfalls zu dessen Ver­ sagen infolge des Überschreitens der zulässigen Zugspannung kommen. Zudem verringert dies die für den Fahrbetrieb relevante Vorbausteifigkeit.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vor­ baustruktur der eingangs genannten Art bereitzustellen, die unter Vermeidung der obigen Schwierigkeiten ein verbessertes Deformationsverhalten des Fahrzeugs bewirkt.

Dieses Problem wird durch eine Vorbaustruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der Querträger ist um eine Fahr­ zeughochachse drehdeformierbar mit den Längsträgern verbunden, d. h. im Falle eines Aufpralls kann sich die Lage des Querträ­ gers zum Längsträger um diese Fahrzeughochachse verdrehen, wo­ durch die gewünschte, deformierende Nachgiebigkeit erzielt wird, während Zugbeanspruchungen und Querkräfte in Richtung der Fahrzeughochachse als Beitrag zur Vorbausteifigkeit im Fahrbe­ trieb übertragen werden. Es wird so insbesondere bei Kollisio­ nen mit Überdeckungen von weniger als 50% und geringer Scha­ densschwere erreicht, daß Verformungen im Bereich des Aufpralls lokalisiert bleiben und nicht auf die stoßabgewandte Vorbau­ hälfte übertragen werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine sich kelchförmig zum Fahrzeugendbereich hin erweiternde Längsträgerfortsetzung vorgesehen, die den Vorteil hat, daß die bei Frontalkollisionen wirkenden Kräfte aus unterschiedlichen Richtungen konzentriert und weitergeleitet werden können. Zusätzlich ist es möglich, eine Lagerstelle des Fahrwerks an einem solchen kelchförmigen Längsträgerende aufzunehmen. Um die besagten Kräfte auf diesen Längsträgerkelch hin zu konzentrieren, erstreckt sich als Fort­ setzung vorteilhafterweise im Anschluß an ein kelchförmiges Längsträgerende ein sich zum Fahrzeugendbereich hin erweitern­ des, im Grundriß trapezförmiges Absorberelement. Dessen breit­ seitige Berandung entlang des Fahrzeugendbereiches dient in einer Weiterbildung der Erfindung gleichzeitig als Befesti­ gungsfläche für einen Stoßfänger.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zur Verbesserung des Deformationsverhaltens des Absorberelements längsverlau­ fende Sicken an diesem ausgebildet oder dasselbe ist mit einem oder mehreren längsverlaufenden, im Querschnitt hutförmigen Profilen verstärkt.

Die Drehdeformierbarkeit wird in einer Weiterbildung der Erfin­ dung z. B. durch Anlenkung des Querträgers am Längstrager mit­ tels eines in Richtung Fahrzeughochachse verlaufenden Bolzens oder, im Fall eines Querträgers mit rechteckförmigem Quer­ schnitt, durch seitliche, vertikale Knautschsicken am Quer­ trägerende erzielt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Querträ­ gerende als Wellrohr ausgebildet, so daß eine begrenzte Ver­ schieblichkeit des Querträgers in seiner Längsrichtung zwecks Längsdeformation bereits bei niederen Druckkräften gegeben ist.

In Weiterbildung der Erfindung ist ein weiterer Querträger, der zur Fahrzeugmitte hin zum vorderen Querträger versetzt angeord­ net ist und zum Beispiel als Achs- oder Motorquerträger fun­ giert, so ausgebildet, daß er sich zum Längsträger hin bis zu dessen kelchförmigem Ende trichterförmig zum Fahrzeugendbereich hin erweitert, um die Knickempfindlichkeit des zugehörigen, zum Beispiel vorderen, Längsträgers zu reduzieren.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die linke Hälfte einer Vorbaustruktur im Frontbereich eines Kraftfahrzeuges in der Draufsicht,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 die linke Hälfte einer weiteren Vorbaustruktur im Frontbereich eines Kraftfahrzeuges in der Draufsicht und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3.

Eine erste Variante einer Vorbaustruktur ist in den Fig. 1 und 2 mit ihrer linken Hälfte dargestellt, wobei sich die nicht ge­ zeigte rechte Hälfte als deren zur Fahrzeuglängsmittelebene spiegelsymmetrische Fortsetzung ergibt.

Ein vorderer Längsträger (1) erstreckt sich im Fahrzeugseiten­ bereich zur Frontseite (21) eines Fahrzeuges, dessen vordere linke Ecke mit dem Umriß (16) angedeutet ist. Der Längsträger (1) endet stirnseitig in einem kelchförmig erweiterten Ende (8) im Bereich eines vordersten Achsanlenkungspunkts bzw. einer vorderen Verbindungsstelle eines Fahrschemels mit dem Längsträ­ ger. An diesem Ende (8) ist eine als Absorberelement dienende, im Grundriß etwa trapezförmige Platte (9) mittels einer an ihrer Schmalseite ausgebildeten abgewinkelten Berandung (11) befestigt. Die gegenüberliegende, der Fahrzeugfront (21) zuge­ wandte, breitseitige Berandung (10) der Absorberplatte (9) ist gleichfalls abgewinkelt ausgebildet und dient in nicht gezeig­ ter Weise als Befestigungsfläche für einen Stoßfänger. Zwischen diesen Berandungsflächen (10, 11) ist in der Verlängerung des Längsträgers (1) ein verstärkendes Hutprofil (12) auf die Platte (9) aufgesetzt, an deren Flanken Zusatzverstärkungen (13) mittels Punktschweißung angebracht sind. Das verstärkende Hutprofil (12) verbessert das Deformationsverhalten, indem es die Absorberplatte (9) bei der Übertragung insbesondere der frontseitigen Komponente einer Aufprallkraft zum Kelchende (8) des Längsträgers (1) unterstützt, wobei die Breite des Hutpro­ fils (12) an der Ansatzstelle zu diesem Kelchende (8) etwa dessen Breite entspricht.

In geringer Entfernung von der frontseitigen Berandung (10) der Platte (9) sind vertikal fluchtende Bohrungen im obenliegenden Mittelstück des Hutprofil (12) und in der darunterliegenden Platte (9) eingebracht, durch die ein Schraubbolzen (5) durch­ gesteckt ist, der längs einer Fahrzeughochachse (3) verläuft. Der Bolzen (5) hält hierbei einen das Hutprofil (12) über- und die Absorberplatte (9) untergreifenden U-förmigen Bügel (4), dessen Schenkel zu diesem Zweck entsprechende Bohrungen auf­ weisen. An den Mittelabschnitt dieses Bügels (4) ist ein an seinem Ende (14) als Wellrohr ausgebildeter Querträger (2) in horizontaler Lage stumpf angeschweißt (15).

Die Ausbildung als Wellrohr erlaubt eine begrenzte Längsdefor­ mierbarkeit des Querträgers bereits bei niederen Druckkräften, so daß derartige Kräfte nicht unnötigerweise schadensbildend auf die gegenüberliegende Vorbauseite übertragen werden. Die Befestigung des Querträgers (2) an der Absorberplatte (9) mittels des Schraubbolzens (5) weist die erwünschte Gelenk­ funktion auf, d. h. der Querträger (2) kann seine Lage bei einem Aufprall gegenüber dem Längsträger (1) durch Drehung um die Fahrzeughochachse (3) verändern. Während Zugbeanspruchungen und Querkräfte in Richtung der Fahrzeughochachse (3) übertragen werden, was sich vorteilhaft auf die Vorbausteifigkeit im Fahr­ betrieb auswirkt, verringert die gezeigte Vorbaustruktur insbe­ sondere auch bei Kollisionen mit Überdeckungen von weniger als 50% und geringer Schadensschwere Verformungen auf der stoßab­ gewandten Vorbauhälfte.

Des weiteren beinhaltet die Vorbaustruktur einen sich zum Längsträger (1) hin trichterförmig nach vorn erweiternden Achs- bzw. Motorquerträger (6). An den auf Höhe hinter dem Kelchende (8) des Längsträgers (1) angeordneten Achs- bzw. Motorquerträ­ ger (6), der selbst in Richtung zum Längsträger (1) hin bereits eine frontseitige Erweiterung aufweist, ist zusätzlich ein Kno­ tenblech (7) angeschweißt, mit dessen Hilfe der Querträger (6) sich bis in den Bereich des kelchförmig erweiterten Längsträ­ gerendes (8) erstreckt. Diese Maßnahme reduziert die Knickemp­ findlichkeit des vorderen Längsträgers (1) und unterstützt da­ mit vorteilhaft die Energieabsorption und Ableitung der bei einer Kollision auf den frontseitigen Bereich der Absorber­ platte (9) einwirkenden Kräfte.

Ein weiteres Beispiel einer Vorbaustruktur ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Gezeigt ist in Fig. 3 erneut der linke Teil der Vorbaustruktur, wobei sich deren rechter Teil wiederum als zur Fahrzeuglängsmittelebene spiegelsymmetrische Fortsetzung ergibt. Der Längsträger (1) entspricht dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel und weist insbesondere ebenfalls ein sich schräg nach vorn und außen kelchförmig erweiterndes Trägerende (8) auf. An dessen Anschlußfläche ist wiederum eine Absorber­ platte (9′) mittels einer abgewinkelten Berandung (11′) ange­ bracht. Die Absorberplatte (9′) ist von trapezförmiger Gestalt, wobei sie sich von der schmalseitigen Berandungsfläche (11′) in Fortsetzung des Längsträgerkelchendes (8) nach vorn und schräg nach außen erweitert, um mit einer breitseitigen, abgewinkelten Berandungsfläche (10′) abzuschließen, an der ein Stoßfänger in nicht gezeigter Weise befestigbar ist.

Die bei dieser Vorbaustruktur verwendete Absorberplatte (9′) weist zwei aufgeschweißte hutförmige Profile (12′, 18) auf, die jeweils etwa in Fortsetzung der beiden gegeneinander geneigten Seitenflächen des Längsträgerkelchendes (8) zwischen den beiden Berandungsflächen (10′, 11′) der Platte (9′) verlaufen. Die Flanken der verstärkenden Hutprofile (12′, 18) sind mit ange­ schweißten Zusatzverstärkungen (13′, 19) versehen. Zwischen diesen beiden Hutprofilen (12′, 18) verläuft eine in der Platte (9′) selbst ausgebildete Sicke (17). Die beiden hutförmigen Verstärkungsprofile (12′, 18) und die Sicke (17) bilden zu­ sammen eine strahlenförmige Anordnung zur Ableitung und Kon­ zentration der auf den frontseitigen Bereich der Absorberplatte (9′) auftreffenden Aufprallkräfte zum kelchförmig ausgebildeten Ende (8) des Längsträgers (1), welches diese Kräfte weiter zum Längsträger (1) leitet und konzentriert.

Nahe der frontseitigen Berandung (10′) der Platte (9′) ist ein vorderer Querträger (2′) mit rechteckigem Querschnitt an die Platte (9′) an zwei in einer Fahrzeughochachse (3′) übereinan­ der liegenden Punkten angeschweißt, wobei der Querträger (2′) am Ende (4′) mit einer vorspringenden Oberseite, die auf dem hutförmigen Verstärkungsprofil (12′) aufgeschweißt und einer vorspringenden Unterseite ausgebildet ist, die die Platte (9′) untergreift und an dieser angeschweißt ist.

Die Drehdeformierbarkeit des Querträgers (2′) gegenüber dem Längsträger (1) wird bei diesem Ausführungsbeispiel neben der punktgeschweißten Verbindung an den zwei übereinanderliegenden Punkten durch die Ausbildung von Knautschsicken (20) am Quer­ trägerende (4′) sichergestellt, welche entlang den Querträger­ seitenflächen vertikal verlaufen.

Die Knickempfindlichkeit des Längsträgers (1) wird durch eine abgestufte, keilförmige Erweiterung (7′) eines auf Höhe hinter dem Längsträgerkelchende (8) angeordneten Achs- bzw. Motorquer­ trägers (6′) erreicht, welche sich nach vorn bis etwa auf die halbe Höhe des Kelchendes (8) des Längsträgers (1) erstreckt.

Auch diese Vorbaustruktur gewährleistet die erwünschten Defor­ mationseigenschaften und insbesondere die Vermeidung von Ver­ formungen auf der stoßabgewandten Vorbauhälfte bei geringer Schadens schwere und Kollisionen mit nicht zu hoher Überdeckung, ohne die Übertragung von Zugbeanspruchungen und Querkräften in Richtung der Fahrzeughochachse zur Gewährleistung der Vor­ bausteifigkeit im Fahrbetrieb zu mindern.

Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung neben den be­ schriebenen Beispielen naheliegende Modifikationen der Vorbau­ struktur möglich sind, die eine drehdeformierbare Verbindung von Quer- und Längsträger vorsehen. So ist beispielsweise die Verwendung einer derartigen Vorbaustruktur auch für den heck­ seitigen Endbereich eines Fahrzeugs möglich.

Claims (14)

1. Vorbaustruktur für ein Kraftfahrzeug, mit

• - je einem Längsträger (1) entlang der Fahrzeugseiten und
• - einem entlang eines Fahrzeugendbereiches (21) zwischen den zugehörigen Längsträgerendbereichen verlaufenden Querträger (2), dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Querträger um eine Fahrzeughochachse (3) drehdeformierbar mit den Längsträgern (1) verbunden ist.

2. Vorbaustruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querträger (2) an einer sich zum Endbereich (21) hin kelchförmig erweiternden Fortsetzung (9) der Längsträger (1) angebracht ist.

3. Vorbaustruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kelchförmige Fortsetzung aus einem an einer kelchförmi­ gen Erweiterung des Längsträgerendes (8) stirnseitig befestigten Absorberelement (9) besteht, an dem der Querträger (2) ange­ bracht ist.

4. Vorbaustruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberelement von einer im Grundriß etwa trapezför­ migen Platte (9) gebildet ist, deren schmalseitige Berandung (11) zur Verbindung mit dem Kelchende (8) des Längsträgers (1) dient.

5. Vorbaustruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die breitseitige, dem Fahrzeugendbereich (21) zugewandte Be­ randung (10) der Platte (9) als Anlagefläche zur Befestigung eines Stoßfängers dient.

6. Vorbaustruktur nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (9) mit wenigstens einem im wesentlichen längs­ verlaufenden, im Querschnitt hutförmigen Verstärkungsprofil (12) versehen ist.

7. Vorbaustruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verstärkungsprofile (12, 18) strahlenförmig zwischen der schmalseitigen (11) und der breitseitigen Berandung (10) der trapezförmigen Platte (9) verlaufend angeordnet sind.

8. Vorbaustruktur nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken des Verstärkungsprofils (12) mit einer Zusatz­ verstärkung (13) versehen sind.

9. Vorbaustruktur nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Platte (9) wenigstens eine im wesentlichen längsver­ laufende Sicke (17) ausgebildet ist.

10. Vorbaustruktur nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Querträger (2) nahe der dem Fahrzeugendbereich (21) zu­ gewandten breitseitigen Berandung (10) an der Platte (9) ange­ bracht ist.

11. Vorbaustruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Querträger (2) mittels eines längs einer Fahrzeughoch­ achse (3) verlaufenden Bolzens (5) mit dem Längsträger (1) ge­ lenkig verbunden ist.

12. Vorbaustruktur nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (14) des Querträgers (2) als Wellrohr ausgebildet und an den Mittelabschnitt eines U-förmigen Bügels (4) ange­ schweißt ist, durch dessen übereinanderliegende Schenkel der Bolzen (5) durchgesteckt ist.

13. Vorbaustruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (14′) des Querträgers (2′) mit rechteckförmigem Querschnitt ausgebildet und an den Längsträger (1) angeschweißt ist und an den gegenüberliegenden Seitenflächen des Querträ­ gerendes (14′) vertikal verlaufende Knautschsicken (20) vorge­ sehen sind.

14. Vorbaustruktur nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein zum ersten Querträger (2) zur Fahrzeugquermitte hin versetzt angeordneter zweiter Querträger (6) zum Längsträger (1) hin ein sich in Richtung des Fahrzeugendbereiches (21) bis auf Höhe von dessen Kelchende (8) trichterförmig erweiterndes Ende (7) aufweist.