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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorderteil für ein
Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
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Ein Vorderteil eines Kraftfahrzeugs mit einer Spritzwand wird
so konstruiert, daß es dynamisch deformierbar ist und dabei
eine so groß wie mögliche Energieaufnahmefähigkeit hat.
Gleichzeitig ist es wünschenswert, Motor und Getriebe daran zu
hindern, durch die Spritzwand in den Fahrgastraum zu dringen,
was zum Zusammenbrechen des letzteren führen könnte. Wie immer
wird nach einer Konstruktion gesucht, die ein geringes Gewicht
hat und keinen Raum erfordert.
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Um diese Anforderungen zu erfüllen, müssen die Prallträger in
der Vorderstruktur so konstruiert sein, daß bei einer
Deformation eine so groß als mögliche Energiemenge pro
Gewichtseinheit in einer dennoch kontrollierbaren Weise absorbiert
wird. Der häufigste Trägerquerschnitt für diese Anwendungen ist
der rechteckige Hohlquerschnitt. Richtig konstruiert kann diese
Art von Prallträger ein wirksamer Energieabsorber aufgrund der
Tatsache sein, daß das sogenannte Faltknicken ermöglicht wird.
Beim Dimensionieren von Vorderstrukturen ist das Faltknicken
ein unbedingtes Ziel, während gleichzeitig andere
Deformationsverhalten, wie beispielsweise das Euler-Knicken, unmöglich
gemacht werden müssen.
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Durch die amerikanischen Patentschriften US-A-4,406,343 und
US-A-4,753,315 sind Vorderstrukturen entsprechend dem
Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 bereits bekannt. Die
Patentschriften zeigen Vorderstrukturen, die zwei seitliche Träger, zwei
unterhalb dieser liegende zentrale Träger und einen unterhalb
dieser zentralen Träger angeordneten Hilfsrahmen einschließen,
der aus zwei Trägern und einem diese verbindenden Querträger
besteht.
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Die seitlichen Träger, die zentralen Träger und die im
Hilfsrahmen enthaltenen Träger enden im großen und ganzen in
derselben querverlaufenden Vertikalebene und haben untereinander
keine wesentliche kraftübertragende Verbindung. Da die
zentralen Träger Ausnehmungen haben, damit die Vorderstruktur in
der Lage ist, einen Quermotor und die zugehörige
Kraftübertragung aufzunehmen, kann das bedeuten, das im Falle eines
Aufpralls, der geringfügig von einem Frontalaufprall abweicht,
die genannte Vorderstruktur so großen Schrägkräften ausgesetzt
ist, daß sie knickt. Dabei besteht die Gefahr, daß die gesamte
Vorderstruktur zusammenbricht. Auch haben die Vorderstrukturen
keine einigermaßen große Deformationszone vor dem Radkasten,
weshalb sie selbst bei mäßigen Geschwindigkeiten eine
schwerwiegende Beschädigung zeigen, mit hohen Reparaturkosten als
Folge.
Ziel der Erfindung
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die passive
Sicherheit eines Fahrzeugs zu verbessern, indem dem die Wirkung von
Hochgeschwindigkeitskollisionen auf die Fahrgastzelle
verringert wird. Die Erfindung soll darüberhinaus erlauben, daß
ein Quermotor im Motorraum aufgenommen und geschützt werden
kann und daß die Konstruktion weiterhin einfach herzustellen
und im Falle begrenzter Deformationen relativ einfach zu
reparieren ist. Gleichzeitig soll danach gestrebt werden, das
Erfordernis eines so gering als möglichen Gewichts zu erfüllen.
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Die Ziele und Vorteile der Erfindung sind dadurch erreicht, daß
jeder zentrale Träger in einem Abstand von seinem hinteren Ende
starr einerseits mit einem vorderen und unteren Ende einer
aufwärts nach hinten geneigten ersten Strebe, die eine
kraftübertragende Verbindung zu dem seitlichen Träger aufweist, der
auf derselben Seite der Symmetrieebene angeordnet ist, und
andererseits mit einem vorderen und oberen Ende einer abwärts
nach hinten geneigten zweiten Strebe verbunden ist, die eine
kraftübertragende Verbindung zu einem vorderen Trägerteil des
Hilfsrahmenträgers aufweist, daß auf derselben Seite der
Symmetrieebene angeordnet ist.
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Mittels dieser Merkmale hat die Vorderstruktur sowohl ein
stabiles Deformationsverhalten als auch günstige
Energieabsorptionseigenschaften in Bezug auf den Materialverbrauch. Die
Erfindung ermöglicht darüberhinaus eine einfache Herstellung
der Vorderstruktur, da sie relativ wenige Teile aufweist, was
es auch leichter macht, einen Schaden der Vorderstruktur zu
reparieren
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
bildet ein Trägerabschnitt eine Verlängerung des zentralen
Trägers vor der starren Verbindung der Streben mit dem
zentralen Träger, um eine vordere, energieabsorbierende
Deformationszone zu schaffen.
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Dieser vordere Trägerabschnitt kann als Folge der Abstützung,
die der zentrale Träger durch die Streben hat, einfach
dimensioniert und für eine gut kontrollierte Energieabsorption
konstruiert werden, die auf einem Belastungsniveau stattfindet,
das geringfügig niedriger als das Niveau ist, auf dem hinten
liegende energieabsorbierende Teile der Vorderstruktur
beginnen, sich zu deformieren. Eine Dreiweg-Unterteilung bedeutet
somit, daß die weitergehende Deformation ebenfalls einen
stabilen Ablauf mit einer gleichmäßigen Lastverteilung auf die
drei Träger aufweist. Dies bedeutet eine relativ große Freiheit
beim Konstruieren insbesondere des zentralen Trägers, um die
Anforderungen bezüglich seiner Ausdehnung und Gestalt zu
berücksichtigen, damit der Einbau des Fahrzeugtriebwerks
ermöglicht wird.
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Der Deformationsablauf kann in drei Hauptschritte unterteilt
werden: Eine Deformation eines Stoßfängers und ein Nachgeben in
der Struktur, eine Deformation eines Deformationselements (der
vordere Teil der zentralen Träger), und eine Deformation der im
wesentlichen geraden Trägerstruktur. Die beiden ersten
Schritte hinterlassen keine Schäden oder nur einen geringen,
relativ einfach zu behebenden Schaden an der hinten liegenden
Struktur. Die gerade Trägerstruktur, die im dritten Schritt
benutzt wird, wird als Folge der Erfindung mit den Streben
gleichmäßig verformt und bewirkt ein günstiges Faltknicken ohne
jegliche Störung, die zum Euler-Knicken der Träger führen
könnte.
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Der Hilfsrahmen, der im Vorderteil enthalten ist, und der durch
seine Trägerkonstruktion zu den guten Kollisionseigenschaften
der Konstruktion beiträgt, ermöglicht es auch, einen großen
Teil des Fahrzeugtriebwerks als eine Einheit auf dem unteren
Rahmen vorzumontieren, die danach ins Vorderteil montiert wird.
Das ermöglicht es darüberhinaus, das Triebwerk probelaufen zu
lassen, bevor der Rahmen montiert wird.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile gehen aus den
Patentansprüchen und der folgenden Beschreibung hervor. In dieser ist
eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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In der Figur ist eine Hälfte eines Vorderteils gezeigt, das
einen Teil eines Personenkraftwagens mit selbsttragender
Karosserie bildet. Das Vorderteil enthält eine einen Motorraum
umschließende Vorderstruktur 1. Die Vorderstruktur 1 weist auf
jeder Seite einen längsverlaufenden seitlichen Träger 7, einen
längsverlaufenden zentralen Träger 9 und eine erste Strebe 11
auf, die den seitlichen Träger 7 mit dem zentralen Träger 9
verbindet. Die Vorderstruktur 1 weist auch einen vorderen,
stoßabsorbierenden Querträger 16, eine vordere Spritzwand 2,
einen Hilfsrahmen 3 und, auf jeder Seite der Vorderstruktur 1,
eine zweite Strebe 13 auf, die den zentralen Träger 9 mit dem
Hilfsrahmen 3 verbindet.
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Die Vorderstruktur ist im Prinzip symmetrisch zu einer
vertikalen Symmetrieebene, die in der Längsrichtung des Fahrzeugs
verläuft. Die Abweichungen von einer vollständigen Symmetrie,
die die Vorderstruktur 1 zeigt, sind bedingt durch notwendige
Anpassungen an die verschiedenen Aspekte des Triebwerks und der
Raumerfordernisse auf seinen verschiedenen Seiten. Die
Unterschiede beeinflussen unter anderem die Befestigungen für Motor
und Kraftübertragung, die in der Vorderstruktur angeordnet
sind. Die seitlichen Träger 7 und der zentrale Träger 9 sind
demnach auf jeder Seite der Symmetrieebene angeordnet. Die
Beschreibung wird im folgenden nur mit Bezug auf die eine in
der Figur gezeigte Seite der Vorderstruktur 1 vorgenommen, es
ist dadurch aber impliziert, daß dieselben Verhältnisse auf die
zweite Seite zutreffen, sofern nicht anders angegeben.
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In der montierten Stellung der Vorderstruktur 1 in einem
Personenkraftwagen trennt die Spritzwand 2 den Fahrgastraum des
Fahrzeugs von seinem Motorraum und dem Vorderteil in bekannter
Weise. Der längsverlaufende seitliche Träger 7 ist im
wesentlichen gerade und an seinem vorderen Ende 10 an einem oberen
Ende 12 an einer ersten Strebe 11 befestigt. Der seitliche
Träger 7 ist an seinem Ende 19 starr an einem hinteren
Frontscheibenträger 31 und einem Frontscheibenpfosten 17 befestigt.
An seinem hinteren Teil ist der seitliche Träger 7 mit einem
stoßabsorbierenden Federbeindom 23 mit einer Befestigung für
ein Federbein (nicht gezeigt) verbunden, das einen Teil der
Vorderradaufhängung des Fahrzeugs bildet. Der stoßabsorbierende
Federbeindom 23 ist an seinem unteren Ende im Radkasten 8
befestigt.
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Der zentrale Träger 9 ist im wesentlichen gerade und
horizontal, mit einer starren Verbindung zum stoßabsorbierenden
Träger 16 an seinem vorderen Ende 15, während das hintere Ende
25 mit einem Bodenträger (nicht gezeigt) in einem Bodenteil des
Fahrzeugs verbunden ist. Der zentrale Träger 9 besteht aus
einem vorderen Trägerabschnitt 14, der dafür vorgesehen ist,
eine ununterbrochene Deformationszone zu schaffen. Die Länge
dieses Trägerabschnitts 14 beträgt in diesem
Ausführungsbeispiel ungefähr 40 cm, sie kann jedoch in Abhängigkeit von den
notwendigen Raumerfordernissen und der
Energieabsorptionsfähigkeit länger oder kürzer gewählt werden. Der
Trägerabschnitt 14 ist vor einem Vorderradkasten 8 angeordnet und kann
sich alternativ (in der Figur nicht gezeigt), gegen den
hinteren Teil des zentralen Trägers 9 stützen. Der zentrale Träger
9 muß somit nicht (wie es in der Figur dargestellt ist)
einstückig sein.
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Die erste Strebe 11 ist mit ihrem unteren Ende 26 so am
zentralen Träger 9 befestigt, daß sie vorwärts und nach unten
geneigt ist. Im Fall einer Frontalkollision bedeutet das, daß
ein Teil der Belastung, der der zentrale Träger 9 ausgesetzt
ist, auf den seitlichen Träger 7 übertragen wird. Auf dieser
ersten Strebe 11 ist ein Motorlager 20 angeordnet, das auf
diese Weise eine stabile und gute Verbindung zum Federbeindom
23 hat.
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Aus Schwingungsgründen fehlt eine entsprechende Befestigung an
der Strebe, die im zweiten, nicht in der Figur wiedergegebenen
Teil des Notorraums symmetrisch angeordnet ist.
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Der Hilfsrahmen 3 weist einen Längsträger 5 und einen
Querträger 6 auf, dessen Enden am Träger 5 und seinem
entsprechenden
Teil auf der anderen Seite der Symmetrieebene befestigt
sind. Der Querträger 6 kann an den vorderen oder hinteren Enden
12 bzw. 27 des Trägers 5 angeordnet werden. Bei einem anderen
Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) kann ein weiterer
Querträger angeordnet werden, um die beiden Träger 5 zu verbinden.
Der Träger 5 hat an seinen Enden 12 und 27 je Schraubenlöcher
28 zu seiner hinteren Befestigung in der Spritzplatte 24 und
zur vorderen Befestigung in einem unteren Ende 29 einer Strebe
13. Die Strebe 13 ist an ihrem oberen Ende 30 an der Unterseite
des zentralen Trägers 9 befestigt und ist nach hinten und unten
geneigt. Die beiden Streben 11, 13 bilden so zusammen einen im
wesentlichen nach vorne gerichteten Pfeil. Diese Streben 11, 13
können gemäß einem Ausführungsbeispiel (hier nicht gezeigt) je
einstückig mit dem seitlichen Träger 7 (soweit es die Strebe 11
betrifft) und mit dem zentralen Träger 9 (soweit die Streben 13
betroffen sind) ausgebildet sein. Dies stellt eine Alternative
dazu dar, die Streben 11, 13 und die Träger 7, 9 separat
herzustellen und dann miteinander durch Verschweißen oder eine
Schraubverbindung mit der oben beschriebenen Konfiguration fest
zu verbinden.
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Wie zuvor dargelegt worden ist, sind nach Montieren der
Vorderstruktur 1 die hinteren Enden 25 des zentralen Trägers 9 in
kraftübertragender Verbindung mit den längsverlaufenden
Bodenträgern des Fahrzeugs, die einen Teil der
Fahrgastzellenstruktur des Fahrzeugs bilden. Im Falle eines Frontalaufpralls
werden somit die Kollisionskräfte über die seitlichen Träger 7
teilweise auf die Fahrgastzellenstruktur des Fahrzeugs, über
die Träger 5 des Hilfsrahmens 3 teilweise auf den zentral
angeordneten längsverlaufenden Tunnelträger (nicht gezeigt) des
FahrZeugs und über den zentralen Träger 9 teilweise auf die
Bodenträger (nicht gezeigt) des Fahrzeugs übertragen. Über im
wesentlichen quer verlaufende Bodenträger (nicht gezeigt)
werden die Kräfte auch auf Schwellenträger (nicht gezeigt)
übertragen, die üblicherweise Teil des Fahrzeugs sind und die
ein im Fahrzeug angeordnetes Bodenteil seitlich begrenzen. Der
Tunnelträger, die Bodenträger und die Schwellenträger sind Teil
der Fahrgastzellenstruktur, die einen deformationsbeständigen
Käfig bildet, der den Fahrgastraum umgibt und im Falle einer
Kollision intakt bleibt und die Fahrgäste in größtmöglichem
Umfang schützt.
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Im Falle einer gerade von vorne erfolgenden Kollision wird
zuerst das Stoßfängersystem einen Teil der Energie absorbieren.
Die Karosserie wird ebenfalls, auf elastische Weise und durch
Nachgeben derselben, Energie absorbieren. Ist die
Kollisionsgeschwindigkeit niedrig (ungefähr 8 km/h) und somit die sich
aus der Kollision ergebende Anforderung an eine
Energieabsorption entsprechend niedrig, wird keine weitere Deformation
auftreten und der Aufprall wird keine sichtbaren Verformungen
von Karosseriestrukturen hinterlassen. Wird eine größere
Energieabsorption benötigt, setzt sich die Deformation fort und
die vorderen Teile 14 des zentralen Trägers 9 beginnen,
deformiert zu werden. In diesem Zusammenhang findet diese
Deformation bei einem Belastungswert statt, der niedriger ist als der
Wert, bei dem hintenliegende energieabsorbierende Teile der
Vorderstruktur beginnen, deformiert zu werden. Im Fall einer
weiteren Anforderung an eine Energieabsorption werden die
zentralen Träger 9 durch Faltknicken Kollisionsenergie
absorbieren und gleichzeitig werden die Kollisionskräfte über die
Streben 11, 13 teilweise in die seitlichen Träger 7 und
teilweise nach unten in den Hilfsrahmen 3 geleitet.
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Durch den vorteilhaft geraden Aufbau der Träger 9 und
insbesondere ihrer vorderen Enden 14 können sie einfach
dimensioniert werden, um durch Faltknicken eine gut kontrollierte
Energieabsorption auszuführen. Dies kann sehr sicher bei einem
Belastungswert stattfinden, der geringfügig niedriger als der
Wert ist, bei dem hinten liegende Teile der Vorderstruktur
beginnen deformiert zu werden. Ein wesentlicher Beitrag hierzu
ist die Dreiwegs-Aufteilung, die stattfindet, nachdem der erste
Trägerabschnitt 14 seine gut kontrollierte Deformation
vollzogen
hat. Die erwähnte Aufteilung findet vor dem Radkasten 8
statt mit der Möglichkeit für die Strebe 11, sich sowohl gegen
den genannten Radkasten als auch gegen den daraus gebildeten
Federbeindom 23 abzustützen. Gleichzeitig bedeutet eine
Aufteilung vor dem Radkasten, daß relativ gute Möglichkeiten
gegeben sind, die Erstreckung und Gestalt des hinten liegenden
Teils des zentralen Trägers 9 zu ändern, um im Motorraum sowohl
einen Quermotor als auch die Vorderradaufhängung
unterzubringen.
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Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel soll keine
einschränkende Wirkung auf die Erfindung haben, da es im Rahmen des
erfindungsgemäßen Gedankens und der folgenden Patentansprüche
in eine Anzahl Ausführungsbeispiele abgewandelt werden kann.
Die Elemente, die als Streben 7, 13 bezeichnet sind, können
somit mehr oder weniger integrierte Teile der Träger 5, 7, 9
sein.