DE4303301C2 - 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 kom­ men. Zudem verringert dies die für den Fahrbetrieb relevante Vorbausteifigkeit.

Aus der DE 41 25 674 A1 ist eine Vorbaustruktur bekannt, bei der ein vorderer Querträger an vorderen Endbereichen von Kotflügel­ bänken angebracht ist, wobei die Schraubbolzen durch querverlau­ fende Langlöcher im Querträger hindurchgeführt sind. Der Quer­ träger ist dadurch um die Fahrzeughochachse drehdeformierbar mit den Kotflügelbänken verbunden, wobei die Langlöcher eine Aus­ weichbewegung in Querrichtung für die im Deformationsfall auf­ tretende Querverkürzung des Querträgers ermöglichen sollen. Da­ durch sollen Beschädigungen der Kotflügelbänke bei nicht zu starken Frontkollisionen vermieden werden.

Aus der DE 40 16 044 A1 ist eine beispielsweise für Vorbaustruk­ turen von Kraftfahrzeugen verwendbare Aufprallschutzvorrichtung bekannt, die eine Formänderungsvorrichtung beinhaltet, welche quer zur Richtung eines Aufpralls nachgiebig ist. Die dort ge­ zeigte Formänderungsvorrichtung beinhaltet zwei Aufnahmeelemente, die durch auf Dehnung beanspruchbare Gurtelemente zusammengehal­ ten sind und einen sich entgegen der Aufprallrichtung keilförmig öffnenden Spaltbereich begrenzen. In den Spaltbereich greift ein korrespondierendes keilförmiges Element ein, das durch die Auf­ prallkraft in den Spaltbereich hineingetrieben wird, wobei die Aufnahmeelemente unter Dehnen oder Reißen der Gurte in Querrich­ tung ausweichen, um so einen relativ großen Verformungsweg quer zu der in Längsrichtung auf die Grundfläche des keilförmigen Elementes einwirkenden Aufprallkraft bereitzustellen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vor­ baustruktur der eingangs genannten Art bereitzustellen, die ein vorteilhaftes Deformationsverhalten des Fahrzeugs bewirkt, durch das einerseits die Aufprallkräfte zuverlässig absorbiert werden und das andererseits nicht zu unnötiger Schadensbildung führt.

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. Durch die sich zum Fahrzeugendbereich hin kelchförmig erweiternde Längsträgerfortsetzung wird er­ reicht, daß die bei Frontalkollisionen wirkenden Kräfte aus unterschiedlichen Richtungen konzentriert und weitergeleitet werden können.

Um die besagten Aufprallkräfte auf den Längsträger hin zu kon­ zentrieren, besteht die Längsträgerfortsetzung vorteilhafterwei­ se aus einer kelchförmigen Erweiterung des Längsträgerendes und einem sich daran stirnseitig anschließenden, im Grundriß bevor­ zugt trapezförmigen Absorberelement.

Dabei kann an dem kelchförmigen Längsträgerende eine Lagerstelle des Fahrwerks aufgenommen werden. Die breitseitige Berandung des Absorberelementes entlang des Fahrzeugendbereiches dient in ei­ ner Weiterbildung der Erfindung gleichzeitig als Befestigungs­ fläche 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 Längsträger 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 Schadens schwere 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 Hohe 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 (13)

1. Vorbaustruktur für ein Kraftfahrzeug, mit

• - je einem Längsträger (1) entlang der Fahrzeugseiten und
• - einem entlang eines Fahrzeugendbereiches (21) zwischen den zugehörigen Längsträgerendbereichen (8) verlaufenden Querträger (2), wobei
• - der Querträger um eine Fahrzeughochachse (3) drehdeformierbar mit den Längsträgern (1) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Querträger (2) an einer sich zum Fahrzeugendbereich (21) hin kelchförmig erweiternden Fortsetzung (8, 9) der Längsträger (1) angebracht ist.

2. Vorbaustruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich zum Fahrzeugendbereich (21) hin kelchförmig erweiternde Fortsetzung (8, 9) aus einer kelchförmigen Erweiterung des Längsträgerendes (8) und einem an dieser stirnseitig be­ festigten Absorberelement (9) besteht, an dem der Querträger (2) angebracht ist.

3. Vorbaustruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorberelement von einer im Grundriß etwa trapezför­ migen Platte (9) gebildet ist, deren schmalseitige Berandung (11) als Verbindung mit dem Kelchende (8) des Längsträgers (1) dient.

4. Vorbaustruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die breitseitige, dem Fahrzeugendbereich (21) zugewandte Be­ randung (10) der Platte (9) als Anlagefläche zur Befestigung eines Stoßfängers dient.

5. Vorbaustruktur nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (9) mit wenigstens einem im wesentlichen längs­ verlaufenden, im Querschnitt hutförmigen Verstärkungsprofil (12) versehen ist.

6. Vorbaustruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verstärkungsprofile (12, 18) strahlenförmig zwischen der schmalseitigen (11) und der breitseitigen Beran­ dung (10) der trapezförmigen Platte (9) verlaufend angeordnet sind.

7. Vorbaustruktur nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken des Verstärkungsprofils (12) mit einer Zusatz­ verstärkung (13) versehen sind.

8. Vorbaustruktur nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Platte (9) wenigstens eine im wesentlichen längsver­ laufende Sicke (17) ausgebildet ist.

9. Vorbaustruktur nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querträger (2) nahe der dem Fahrzeugendbereich (21) zu­ gewandten breitseitigen Berandung (10) an der Platte (9) ange­ bracht ist.

10. Vorbaustruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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 ein Bolzen (5) zur gelenkigen Verbindung des Querträgers (2) mit dem Längsträger (1) durchgesteckt ist.

11. Vorbaustruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 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 Querträger­ endes (14′) vertikal verlaufende Knautschsicken (20) vorgesehen sind.

12. Vorbaustruktur nach einem der Ansprüche 3 bis 11, 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.