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Die
Erfindung betrifft eine Tragstruktur für ein Kraftfahrzeug mit einem
Fahrschemel für
eine Radaufhängung,
der mit Hilfe von Verbindungsmitteln an zwei Längsträgern befestigt ist, wobei die
Verbindungsmittel bei Überschreiten
einer vorbestimmten Belastung verformbar sind.
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Aus
der
DE 17 80 435 A ist
ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem die Achsaggregate mit zwei Rahmenlängsträgern verbunden
sind. Die Verbindungsmittel zur Verbindung der Achsaggregate mit
den Rahmenlängsträgern sind
derart gestaltet, dass sie sich bei Überschreiten einer festgelegten
Kraftspitze dehnen oder lösen.
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Eine
Tragstruktur der genannten Art ist weiterhin aus der deutschen Patentschrift
DE 32 17 959 C2 bekannt.
Darin wird ein Längsträger mit
einem Fahrschemel verbunden, der als Aggregathalterung dient. Die
Vorrichtung zum Verbinden der beiden Träger besteht aus wenigstens
einer Schraube und einem die Schraube umgebenden Dämpfer; der
elastisch ausgebildet ist, so dass Schwingungen, die beispielsweise
durch ein Aggregat entstehen, nicht beziehungsweise nur gedämpft auf
den Längsträger übertra-
gen werden. Zur Impedanzerhöhung
sind an dem Längsträger mehrere
topfartige, ineinanderliegende Blechpressteile angeordnet, um einen
Bereich mit erhöhter
Steifigkeit im Längsträger zu schaffen. Zusammen
mit einer in den Blechpressteilen angeordne- ten Gewindemutter wird
ein starrer Lagerbock gebildet.
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Weiterhin
ist eine solche Tragstruktur aus dem US-Patent
US 2,838,339 bekannt, in dem eine Vorrichtung
beschrieben ist, mit der ein Motor mit einem Karosserielängsträger schwingungsdämpfend verbunden
werden soll. Dazu wird ein Ausleger des Motors an dem Längsträger mittels
einer Schraube befestigt, die von einem elastischen und dämpfenden Bauteil
umgeben ist. Der Längsträger weist
im Anbindungsbereich Versteifungen auf, um einen starren Lagerbock
zu bilden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorbaustruktur der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei der ein Verbindungsbereich der Längsträger in einer
Weise gestaltet ist, um eine verbesserte Aufnahme von großen Verformungsenergien
bei einem Fahrzeugaufprall mit hohen Unfallgeschwindigkeiten zu
erzie- len.
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Erfindungsgemäß ist hierzu
eine Tragstruktur für
ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrschemel für eine Radaufhängung vorgesehen,
der mit Hilfe von Verbindungsmitteln an zwei Längsträgern befestigt ist, wobei die
Verbindungsmittel bei Überschreiten
einer vorbestimmten Belastung verformbar sind. Als Verbindungsmittel
sind wenigstens eine vom Fahrschemel aus in den Längsträger ragende
Befestigungsschraube sowie im Längsträger eine
der Befestigungsschraube zugeordnete Gewindemutter vorgesehen. Die
Gewindemutter ist im Längsträger mittels
einer bei hohen Unfallgeschwindigkeiten in allen Richtungen energieaufnehmend
verformbaren Blechkonstruktion in Abstand zu einer Wandung des Längsträgers gehalten,
durch die die Befestigungsschraube hindurchragt.
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Durch
das erfindungsgemäße Anbindungsprinzip
zwischen dem Fahrschemel und den beiden Längsträgern ist eine Energieaufnahme
in jeder auftretenden Kraftrichtung gewährleistet, da das Prinzip nicht
auf einer gerichteten Krafteinleitung basiert. Die bleibende Verformung
der Blechkonstruktion tritt erst bei sehr schweren Unfällen auf,
bei denen es um das Überleben
der Insassen geht, und zwar unabhängig da von, ob es sich um einen
Frontal- um einen Seiten- oder um einen Heckaufprall handelt. Durch
die erfindungsgemäße Maßnahme verschiebt
sich der Fahrschemel unter Energieaufnahme und gibt zusätzliche Karosseriestruktur
zur Verformung frei.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist als Blechkonstruktion ein sich an
der Wandung des Längsträgers abstützender
Blechtopf vorgesehen. Dieser Blechtopf ist balgförmig gestaltet und weist für normale
Belastungen eine ausreichende Steifigkeit auf, um Setzerscheinungen
der Fahrschemelanbindung zu vermeiden. Bei Überschreiten der vorgegebenen Unfallbelastung
wird der Blechtopf im wesentlichen axial zusammengeschoben, wodurch
sich ein zusätzlicher
Verformungsweg für
den Fahrschemel ergibt. Der Blechtopf lässt neben dem Verformungsweg auch
eine Schrägstellung
der Befestigungsschraube zu.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist als Blechkonstruktion eine
mit einer am freien Ende kegelförmigen
Aufweitung versehene Blechhülse vorgesehen,
und die Gewindemutter weist eine entsprechend gegensinnige konische
Form auf und ist in der Aufweitung gehalten. Bei Auftreten der vorgegebenen
Unfallbelastung wird die konische Gewindemutter in der Aufweitung
nach unten gezogen, wodurch die Blechhülse aufgeweitet wird. Dadurch
kann die Gewindemutter sich in der Blechhülse nach unten bewegen und
bewirkt einen zusätzlichen
Verformungsweg für
den Fahrschemel.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Gewindemutter in einer
Blechplatte vorgesehen, deren seitliche Bereiche in Abstand zur
Gewindemutter an der dem Durchtritt der Schraube gegenüberliegenden
Wandung des Längsträgers angeschlagen sind.
Die Blechplatte, in der die Gewindemutter eingelassen ist, läßt dadurch
Eigenverformungen zu, wodurch eine gewisse Nachgiebigkeit des Fahrschemels
erzielt wird.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung,
die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.
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1 zeigt
schematisch eine Ansicht der Unterseite einer linken Hälfte einer
Ausführung
einer erfindungsgemäßen Tragstruktur
für einen
Personenkraftwagen, bei dem der Fahrschemel an zwei in Fahrtrichtung
in Abstand zueinander angeordneten Lagerpunkten mit dem linken Längsträger verbunden ist,
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2 einen
Querschnitt durch die Befestigung des Fahrschemels an dem Längsträger nach 1 im
Bereich eines Lagerpunktes nach 1, wobei
die Gewindemutter zur Halterung der Befestigungsschraube an einem
Blechtopf angeordnet ist,
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3 den
Lagerpunkt nach 1 ähnlich der Ausführung nach 2,
wobei jedoch anstelle eines Blechtopfes eine Blechhülse vorgesehen
ist, und
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4 eine
weiteren Schnitt durch den Lagerpunkt nach 1 ähnlich den 2 und 3,
wobei die Befestigungsschraube als Dehnschraube ausgebildet ist.
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Eine
Vorbaustruktur (1) nach 1 für einen Personenkraftwagen
weist in seinem Frontbereich einen einen Querträger darstellenden Stoßfängerbiegeträger (3)
auf, der an zwei Vorbaulängsträger (4) angebunden
ist. Die Vorbaulängsträger (4)
schließen an
einen Stirnwandbereich (8) der Fahrgastzelle des Personenkraftwagens
in an sich bekannter Weise an. An der Unterseite der beiden Vorbaulängsträger (4) ist
ein sich über
die Fahrzeugbreite erstreckender Fahrschemel (5) angebunden.
Der Fahrschemel (5) ist an jedem Längsträger (4) im Bereich
eines vorderen Lagerpunktes (21) und im Bereich eines hinteren Lagerpunktes
(22) befestigt. Zu beiden Seiten ist an den Fahrschemel
(5) je eine Radaufhängung
(6), die ein Vorderrad (7) trägt, angeschlossen. Da der rahmenförmige Fahrschemel
(5) selbst sehr stabil ausgebildet ist, wird beim Stand
der Technik der Bereich des Längsträgers (4)
zwischen den beiden Lagerpunkten (21 und 22) bei
sehr starken Unfallbelastungen in Richtung der Pfeile (9)
nicht deformiert, so daß dieser
Bereich nahezu verformungsfrei bleibt. Bei den dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen
der 1 bis 4 hingegen ist der Fahrschemel
(5) im Bereich der beiden Lagerpunkte (21 und 22)
nachgiebig an den Längstrager
(4) angebunden, so daß auch
der Bereich des Längsträgers (4) zwischen
den beiden Lagerpunkten (21 und 22) mit zur Verformung
herangezogen werden kann. Dieser Fall ist in 1 gestrichelt
dargestellt. Die Anbindung des Fahrschemels (5) an die
beiden Längsträger (4) im
Bereich der Lagerpunkte (21 und 22) ist jedoch
so ausgestaltet, daß sich
der Fahrschemel (5) auch bei höchsten Belastungen nicht vollständig von
dem Längsträger (4)
lösen kann,
so daß ein
vollständiges Ablösen des
Fahrschemels (5) niemals erfolgt. In gleicher Weise ist
die nachfolgend näher
beschriebene erfindungsgemäße Anbindung
des Fahrschemels auch im Bereich der Hinterradachse eines Kraftfahrzeuges
einsetzbar. Die Befestigung des Fahrschemels (5) im Bereich
jedes Lagerpunktes (21 oder 22) erfolgt nach einer
der nachfolgend näher
beschriebenen Varianten gemäß den 2 bis 4.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 2 ragt vom Fahrschemel (5) aus eine Befestigungsschraube
(12, 13) durch einen Durchbruch (18)
in einer dem Fahrschemel (5) zugewandten Wandung (17)
des Längsträgers (4)
hindurch und in das Innere des Längsträgers (4)
hinein. Ein Schraubenkopf (12) der Befestigungsschraube
(12, 13, 14) stützt sich mittels einer Unterlagscheibe
an einer entsprechend verstärkten
Innenwandung des Fahrschemels (5) ab. Um den Schraubenkopf
(12) für
eine Montage oder Demontage verdrehen zu können, weist der Fahrschemel
(5) auf der dem Schraubenkopf (12) gegenüberliegenden
Seite einen nicht näher
bezeichneten Durchbruch auf. Ein zylindrischer Schraubenschaft (13)
der Befestigungsschraube (12, 13, 14)
weist im Bereich seines freien, dem Schraubenkopf (12)
gegenüberliegenden
Endes ein Gewinde (14) auf, das in einer plattenartigen
Gewindemutter (15) gehalten ist. Die Gewindemutter (15)
ist starr auf dem Boden eines balgförmigen Blechtopfes (16)
angeordnet, der den Schraubenschaft (13) koaxial umschließt und sich
mit dem Rand seiner offenen Seite an der Innenseite der Wandung
(17) des Längsträgers (4)
abstützt.
Bei starken Unfallbelastungen in Richtung der Pfeile (9)
ist die Befestigungsschraube (12, 13, 14) somit
nachgiebig gehalten und kann sich bei gleichzeitiger Verformung
des Blechtopfes (16) zum einen in Richtung des Doppelpfeiles
(10) verkippen und zum anderen nach unten aus dem Längsträger (4) herausgezogen
werden. Der Verformungsweg des Blechtopfes (16) ist mit
dem Bezugszeichen (11) versehen. Da die Befestigungsschraube
(12, 13, 14) daher zum einen in dem Durchbruch
(18) des Längsträgers (4)
verkippen und zum anderen in diesem nach unten verschoben werden
kann, ist der Fahrschemel (5) bei derartigen hohen Unfallbelastungen
nachgiebig an dem Längsträger (4)
gehalten. Er wird daher beispielsweise bei einem Frontalaufprall
um gewisse Beträge
mit nach hinten verschoben, wodurch gleichzeitig auch der Bereich
der Längsträger (4)
zwischen den beiden Lagerpunkten (21 und 22) zur
Verformung mit herangezogen werden kann.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
nach den 3 und 4 ist die
Wirkung auf den Fahrschemel (5) bei einem starken Aufprall
auf den Personenkraftwagen identisch mit der anhand der 1 und 2 beschriebenen
Wirkung. Bei der Ausführung nach 3 ist
jedoch die Blechkonstruktion zur nachgiebigen Halterung der Gewindemutter
(15a) anders gestaltet. Die Gewindemutter (15a),
in die die Befestigungsschraube (12a, 13a, 14a)
eingeschraubt ist, weist bei diesem Ausführungsbeispiel nämlich Konusform
auf. Die Gewindemutter (15a) ist in einer Blechhülse (16a)
formschlüssig
gehalten, wobei das freie Ende der Blechhülse (16a) konisch
aufgeweitet ist. Die Blechhülse
(16a) ist – wie
auch der Blechtopf (16) nach 2 – im Längsträger (4)
angeordnet. Bei einer entsprechend hohen Aufprallbelastung wird
der Fahrschemel (5) belastet, wodurch die Befestigungsschraube
(12a, 13a, 14a) zum einen in Richtung
des Pfeiles (10a) verkippt und zum anderen nach unten aus
dem Längsträger (4)
herausgezogen wird. Dabei rutscht die konische Gewindemutter (15a)
im Inneren der Blechhülse
(16a) entlang und weitet diese auf. Die maximale axiale
Nachgiebigkeit der Befestigungsschraube (12a, 13a, 14a)
ist durch den Pfeil (11a) gekennzeichnet.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 4 ist zum einen die Befestigungsschraube (12b, 13b, 14b) als
Dehnschraube ausgebildet, die einen dehnbaren Bereich (19)
aufweist, dessen Verformungslänge
mit (11b) bezeichnet ist. Zum anderen ist das Gewinde der
Befestigungsschraube (12b, 13b, 14b)
in eine plattenförmige
Gewindemutter (15b) eingeschraubt, die lediglich in ihren
seitlichen Randbereichen an Befestigungspunkten (20) an
der Innenwandung (21) des Längsträgers (4) angeschlagen
ist. Diese Blechplatte ist daher bei Zugbelastungen aufgrund einer Bewegung
des Fahrschemels (5) zusätzlichen Eigenverformungen
ausgesetzt, die eine Nachgiebigkeit der Befestigungsschraube (12b, 13b, 14b)
gewährleisten.
Durch diese Eigenverformungen ist die Befestigungsschraube (12b, 13b, 14b)
zusätzlich auch
im Bereich des Pfeiles (10b) verkippbar. Um eine Verkippung
und damit eine Nachgiebigkeit der Befestigungsschraube (12b, 13b, 14b)
zu ge währleisten,
ist zudem der Durchbruch für
den Schraubenschaft (13b) in der dem Fahrschemel zugewandten Wandung
(17) des Längsträgers (4)
ausreichend groß bemessen.
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Selbstverständlich ist
die Stabilität
aller anhand der 2 bis 4 beschriebenen
Blechkonstruktionen für
eine nachgiebige Lagerung des Fahrschemels (5) so ausgelegt,
daß im
normalen Fahrbetrieb und bei kleineren Unfällen mit relativ geringen Aufprallbelastungen
eine steife Verbindung zwischen den Längsträgern (4) und dem Fahrschemel
(5) erhalten bleibt. Die Nachgiebigkeit des Fahrschemels (5)
aufgrund einer Verformung der Blechkonstruktionen soll erst bei
sehr hohen Belastungen auftreten, die die Überlebenschancen von Insassen
ernsthaft bedrohen. Dadurch werden auch Setzerscheinungen, die zu
einem allmählichen
Absinken des Fahrschemels (5) führen könnten, wirksam vermieden.