DE10032663A1 - Kraftwagen mit einer selbsttragenden Karosserie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kraftwagen mit einer selbsttragenden Karosserie, die überwiegend aus Blechformteilen zusammengesetzt ist und wenigstens eine mit seitlichen Längsträgern versehene Knautschzone aufweist, wobei die Längsträger zur Absorption von Aufprallenergie an der Sicherheitsfahrgastzelle abgestützt sind. DOLLAR A Die Längsträger bestehen überwiegend aus Leichtbauplatten, die sich über ihren Querschnitt gesehen im wesentlichen in Höhenrichtung der Knautschzone erstrecken. An jeweils den Längsträgern zugeordneten Blechformteilen der Karosserie sind Haltemittel zur crashstabilen Befestigung der Leichtbauplatten vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftwagen mit einer selbsttragenden Karosserie nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Kraftwagen beispielsweise der Mercedes-Benz A-Klasse (W168) weist eine selbsttragende Karosserie auf, die überwiegend aus Blechformteilen zusammengesetzt ist. Vor und hinter der Sicherheitsfahrgastzelle weist die Karosserie jeweils eine Knautschzone mit seitlichen Längsträgern auf, die zur Absorption von Aufprallenergie an der Sicherheitsfahrgastzelle abgestützt sind. Damit die Längsträger beispielsweise bei deren Beaufschlagung im Crashfall ein ausreichendes Aufnahmevermögen an Aufprallenergie aufweisen, müssen diese einen groß dimensionierten Hohlquerschnitt mit entsprechend hohem Gewicht aufweisen. Dementsprechend ist auch der Platzbedarf der Längsträger im Bereich der Knautschzonen relativ groß, wodurch der Raum für Aggregate verringert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kraftwagen der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die Knautschzone unter Beibehaltung ihres Aufnahmevermögens an Aufprallenergie mehr Raum für innerhalb der Knautschzone angeordnete Aggregate oder sonstige Bauteile sowie ein geringeres Gewicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Tragstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der selbsttragenden Karosserie des erfindungsgemäßen Kraftwagens bestehen die Längsträger zumindest überwiegend aus Leichtbauplatten, die sich über ihren Querschnitt gesehen im wesentlichen in Höhenrichtung der Knautschzone erstrecken und demgemäß in Fahrzeugquerrichtung wenig Platz beanspruchen. Neben der Tatsache, dass allgemein mehr Raum für innerhalb der Knautschzone angeordnete Aggregate zu Verfügung steht, kann beispielsweise der Zielkonflikt zwischen der Breite der Räder und des zur Verfügung stehenden Motorraums entschärft werden. Zudem weisen die Leichtbauplatten ein hohes Energieabsorptionsvermögen bei gleichzeitig geringem Gewicht auf. Damit ein entsprechend hohes Aufnahmevermögen an Aufprallenergie der Knautschzone gewährleist ist, sind die Leichtbauplatten entsprechend crashstabil an der Fahrgastzelle befestigt.

Dabei haben sich aus einem Strangpressprofil - mit vorzugsweise in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Kammern - bestehende Leichtbauwände als besonders gut energieabsorbierendes und kostengünstiges Material zur Herstellung der Längsträger erwiesen.

Eine besonders crashstabile Abstützung der Längsträger an der Fahrgastzelle wird erreicht, wenn diese über einen erheblichen Bereich ihrer Längserstreckung mittels Halteschienen an der Fahrgastzelle befestigt sind. Dabei hat sich insbesondere die zusätzliche Abstützung der Längsträger an einem Bodenquerträger zu Erhöhung der Stabilität der Knautschzone im Falle eines Unfalls als vorteilhaft gezeigt.

Durch eine zwischen den Längsträgern gehaltene Querträgerplatte kann neben einer zusätzliche Aussteifung auch eine bessere Übertragung von im Bereich eines Längsträgers wirkenden Unfallkräften auf den Querträger der gegenüberliegenden Seite erreicht werden.

Als besonders steif hat sich zudem die Verbindung der Querträgerplatte mit den Längsträgern über jeweils ein Eckbauteil gezeigt, wobei der Verbund aus Querträgerplatte und Eckbauteilen als vormontierbarer Integralträger gestaltet sein kann.

Schließlich sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Längsträger im Bereich von Ausschnitten von jeweils einem Längsträgerabschnitt des zugeordneten Eckbauteils gebildet, wodurch sich eine weitere Einsparung an Raum ergibt. Außerdem kann dadurch am Ende der Ausschnitte jeweils eine Abgleitschräge vorgesehen werden, entlang der das zugehörige Eckbauteil im Falle eines Unfalls zur Vermeidungen von Stirnwandintrusionen durch den Motor oder sonstige Aggregate in Richtung nach unten abgewiesen werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in

Fig. 1 einen schematischen Schnitt entlang der vertikal in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Fahrzeugmittenebene durch das vordere Ende der Fahrgastzelle und die vordere Knautschzone der selbsttragenden Karosserie nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 und 3 jeweils eine schematische, perspektivische Unteransicht auf das vordere Ende der Fahrgastzelle und die vordere Knautschzone der selbsttragenden Karosserie nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 und 5 eine Seitenansicht und eine Perspektivansicht auf einen der am vorderen Ende der Fahrgastzelle befestigten Längsträger sowie des Integralträgers der selbsttragenden Karosserie gemäß den Fig. 2 und 3;

Fig. 6 eine schematische Perspektivansicht auf eine ausschnittsweise dargestellte vormontierbare Baueinheit, von welcher der linke vordere Längsträger und teilweise der Integralträger gemäß den Fig. 2 bis 5 dargestellt sind; und in

Fig. 7 eine perspektivische Unteransicht auf eine der am vorderen Ende der Fahrgastzelle vorgesehenen Halteschienen der selbsttragenden Karosserie gemäß den Fig. 1 bis 6.

In Fig. 1 ist in einem schematischen Schnitt entlang der vertikal in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Fahrzeugmittenebene das vordere Ende der Fahrgastzelle 10 und die vordere Knautschzone 12 einer selbsttragenden Karosserie gezeigt, die überwiegend aus aneinandergefügten Blechformteilen zusammengesetzt ist. Von der Fahrgastzelle 10 sind im wesentlichen ein Wagenboden 14, ein sich diesem anschließender, schräg nach vorne oben verlaufender Pedalboden 16 und eine sich aufrecht erstreckende Stirnwand 18 erkennbar. Unterhalb des Wagenbodens 14 ist ein in Fahrzeugquerrichtung verlaufender Querträger 20 befestigt; ein weiterer Querträger 22 befindet sich am oberen Ende der Stirnwand 18 unter dem Windlauf. Von der vorderen Knautschzone 12 ist der linke der beiden seitlichen Längsträger 24, 25 erkennbar, die sich über ihren Querschnitt gesehen im wesentlichen in Höhenrichtung der Knautschzone 12 erstrecken und hier als jeweils aus einem Strangpressprofil bestehende Leichtbauwände ausgebildet sind. Anstelle eines Strangpressprofils wäre z. B. auch eine Sandwich-, Wabenstruktur-, oder Faserverbundbauweise der Längsträger 24, 25 denkbar. Dabei erstrecken sich die gestrichelt angedeuteten Kammern 26 des Strangpressprofils etwa horizontal in Fahrzeuglängsrichtung. Zur Absorption von Aufprallenergie bei einem Unfall sind die Längsträger 24, 25 hier über die gesamte Höhe des Pedalbodens 16 und der Stirnwand 18 abgestützt und befestigt. Darüber hinaus sind die Längsträger 24, 25 auch an der Unterseite des Wagenbodens 14 und damit über einen erheblichen Bereich ihrer Längserstreckung an der Fahrgastzelle 10 befestigt. Zur crashstabilen Festlegung der Längsträger 24, 25 an der Fahrgastzelle 10 sind am Wagenboden 14, dem Pedalboden 16 und der Stirnwand 18 in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber lediglich gestrichelt angedeutete Halteschienen 28 vorgesehen, mit denen die jeweils angrenzende Schmalseite der Längsträger 24, 25 an der Fahrgastzelle 10 befestigt ist. Die Festlegung der Längsträger 24, 25 an der Fahrgastzelle 10 bzw. den Halteschienen 28 ist insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 7 noch näher beschrieben. In den Längsträgern 24, 25 sind mehrere Durchgangsöffnungen 30 beispielsweise für die Hindurchführung einer Gelenkwelle vorgesehen. In ihrem oberen Bereich sind die Längsträger 24, 25 an den Verlauf einer schräg nach oben verlaufenden Motorhaube 32 bzw. an den Fahrzeugbug angepaßt.

Unterhalb der Längsträger 24, 25 ist ein Integralträger 34 befestigt, der Aggregate wie beispielsweise die Antriebseinheit 36 inklusive dem Motor mitträgt und als vormontierbare Baueinheit ausgebildet ist. Der Integralträger 34 ist hier insgesamt aus Blechformteilen hergestellt und umfaßt jeweils einen etwa im Überdeckungsbereich des zugeordneten Längsträgers 24, 25 angeordneten, etwa W-förmigen Trägerabschnitt 38 sowie einen die beiden Trägerabschnitte 38 verbindenden Querträger 40. Die W-förmigen Trägerabschnitte 38 des Integralträgers 34 sind mit dem jeweils zugeordneten Längsträger 34 an drei Befestigungsstellen 39 verschraubt, wobei sich diese Verbindungen bei einer übermäßigen Aufprallbelastungen zur Vermeidung einer Blockbildung des Integralträgers 34 ggf. von den Längsträgern 24, 25 lösen können. Der Motor 36 ist rückseitig an den Pedalboden 16 angepaßt und wird bei übermäßiger Aufprallbelastungen und damit verbundener Deformation der Knautschzone 12 entlang des als Abgleitschräge wirkenden Pedalbodens 16 nach schräg hinten unten verschoben. Hierdurch kann eine übermäßige Intrusion der Fahrgastzelle 10 hinsichtlich der vorderen Wandbereiche 16,18 durch die beschriebenen Aggregate zumindest weitgehend verhindert werden. Am vorderen Stirnende der Längsträger 24, 25 ist unterseitig ein Frontmodul 42 erkennbar, welches jeweils einen an dem zugeordneten Längsträger 24, 25 befestigten Längsschenkel 44 und einen an diesen festgelegten, hinter einem nicht gezeigten Stoßfänger verlaufenden Querträger 46 umfaßt. Dabei können in den Längsschenkel 44 Crashboxen integriert sein, die der Energieabsorption bei einem Frontalaufprall dienen. Vorzugsweise sind die Längsschenkel 44 des Frontmoduls 42 in die zugeordneten Kammern 26 der Längsträger 24, 25 einsteckbar und befestigbar. Hierbei ist ein Toleranzausgleich in Fahrzeuglängsrichtung möglich. Im oberen Bereich der vorderen Stirnenden der Längsträger 24, 25 ist eine diese fest miteinander verbindende, sich horizontal in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Kühlerbrücke 48 angeschraubt oder dgl. befestigt.

Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils in perspektivischer, schematischer Unteransicht das vordere Ende der Fahrgastzelle 10 und die vordere Knautschzone 12 der selbsttragenden Karosserie nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist zwischen den Längsträgern 24, 25 eine sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Querträgerplatte 50 gehalten, die als Leichtbauwand aus einem Strangpressprofil ausgebildet ist. Die Enden der Querträgerplatte 50 sind mit den Längsträgern 24, 25 über jeweils ein Eckbauteil 52 verbunden, welche vorzugsweise als Aluminium-Guß- oder Schmiedeteile ausgebildet sind. Die Querträgerplatte 50 ist hier im unteren Bereich der vorderen Stirnenden der Längsträger 24, 25 angeordnet. Insgesamt bildet der Verbund aus Querträgerplatte 50 und den Eckbauteilen 52 den Integralträger 34', Fahrschemel oder dgl., der hier Aggregate wie beispielsweise die Antriebseinheit 36 mitträgt und als vormontierbare Baueinheit gestaltet ist. Die Ausgestaltung der Eckbauteile 52 und deren Anordnung an den Längsträgern 24, 25 ist unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren noch näher erläutert.

Die an der Unterseite des Bodens 14 befestigten Halteschienen 28 der Längsträger 24, 25 erstrecken sich bis zum Bodenquerträger 20, an dem sich die Längsträger 24, 25 abstützen. Außenseitig der Längsträger 24, 25 ist jeweils ein den Boden 14 seitlich begrenzender Schweller 54 sowie jeweils ein hinterer Bereich eines Radlaufs 56 erkennbar. Von den beiden Radläufen 56 sind jeweils hintere Stirnwandbleche 58 und obere Bleche 60 dargestellt, wobei in den oberen Blechen 60 Dämpferdome 62 für Federbeine vorgesehen sind. Über jeweils ein in die Längsträger 24, 25 integriertes Motorlager 53 ist die Antriebseinheit 36 zusätzlich an den Längsträgern 24, 25 befestigt.

In den Fig. 4 und 5 ist in Seitenansicht bzw. in Perspektivansicht von seitlich unten der linke, am vorderen Ende der Fahrgastzelle 10 angeordnete Längsträger 24 sowie der an diesem befestigte Integralträger 34' gezeigt. Die Längsträger 24, 25 weisen an ihren unteren Stirnenden jeweils einen Ausschnitt 64 auf, an die jeweils ein in Seitenansicht etwa L-förmiger Längsträgerabschnitt 66 des zugeordneten Eckbauteils 52 angepaßt ist. Mit anderen Worten sind die Längsträger 24, 25 im Bereich des entsprechenden Ausschnitts 64 durch die Längsträgerabschnitte 66 gebildet. Am hinteren Ende des jeweiligen Ausschnitts 64 ist jeweils eine Abgleitschräge 68 vorgesehen, entlang welcher der zugehörige, daran angepaßte Längsträgerabschnitt 66 des entsprechenden Eckbauteils 52 bei übermäßiger Beaufschlagung mit Aufprallenergie in Fahrzeuglängsrichtung schräg nach hinten unten abgewiesen wird. Um bei einem Frontalaufprall die Abweisbewegung des Integralträgers 34' in Richtung nach hinten unten nicht zu beeinträchtigen, ist in dem jeweiligen Längsträgerabschnitt 66 eine Ausnehmung 67 vorgesehen. Im Falle eines Frontalaufpralls kann dadurch eine stärkere Intrusion der Stirnwand 18 beispielsweise durch die Antriebseinheit 36 vermieden werden. Hierbei löst sich vorzugsweise die Verbindung zwischen Längsträger 24 und zugeordnetem Längsträgerabschnitt 66 hinter der Ausnehmung 67; die Verbindung vor der Ausnehmung 67 bleibt vorzugsweise auch im Crashfall erhalten. An den Längsträgerabschnitten 66 der Eckbauteile 52 sind jeweils weitere Ausnehmungen 75 zur Anbindung eines nicht gezeigten Querlenkers eingebracht. Zur zusätzlichen Winkelversteifung und Befestigung der Längsträgern 24, 25 an der Fahrgastzelle 10 können - wie in Fig. 5 erkennbar - Winkelelemente 70 vorgesehen sein. Jeweils außenseitig an den Längsträgern 24, 25 sind zugeordnete innere Radlaufbleche 72 beispielsweise über Schraubverbindungen 74 befestigt.

Fig. 6 zeigt in schematischer Perspektivansicht den linken vorderen Längsträger 24 mit dem Eckbauteil 52 und ausschnittsweise die Querträgerplatte 50. Zur winkelsteifen Festlegung der Querträgerplatte 50 an dem Längsträger 24 ist das Eckbauteil 52 bedeutend breiter als der Längsträger 24 ausgebildet. Ebenfalls zur Winkelversteifung ist an der Innenseite des Längsträgers 24 ein abstehender Arm 78 befestigt, der sich auf einer Auflagefläche 80 des Eckbauteils 52 abstützt. Insgesamt kann das Eckbauteil 52 mit dem zugeordneten Längsträger 24 beispielsweise verschweißt, verklebt oder verschraubt sein. Eine Steckverbindung oder dgl. formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen wäre ebenfalls denkbar. Am vorderen Ende des Eckbauteils 52 ist eine weitere Auflagefläche 81 zur Anordnung eines Motorlagers vorgesehen. In dem Eckbauteil 52 ist eine hier nicht erkennbare Öffnung vorgesehen, in welche die Querträgerplatte 50 eingesteckt ist. Natürlich wären auch andere gängige Fügeverbindungen denkbar. Die beiden Längsträger 24, 25 und der Integralträger 34' sind auf diese Art als insgesamt vormontierbare Baueinheit ausgebildet, die an den Halteschienen 28 am zugehörigen Ende der Fahrgastzelle 10 befestigt werden kann.

Schließlich ist in Fig. 7 in perspektivischer Unteransicht das linke vordere Ende der Fahrgastzelle 10 gezeigt, wobei die Halteschiene 28 des hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten linken Längsträgers 24 im wesentlichen zwischen dem Bodenquerträger 20 und dem vorderen Ende des Pedalbodens 16 verläuft. In diesem Bereich ist die Halteschiene 28 durch zwei parallel zueinander angeordnete Blechleisten 82, 83 gebildet. Dabei ist der Abstand der beiden Blechleisten 82, 83 an die Breite der Längsträger 24, 25 angepaßt. In den Halteleisten 82, 83 sind hier einander zugeordnete, auf Bohrungen im Längsträger 24 abgestimmte Bohrungen 86, 87 eingebracht, so dass der in die Halteschiene 28 eingesteckte Längsträger 24 durch Schraubverbindungen an der Fahrgastzelle 10 festgelegt werden kann. Natürlich wäre auch eine andere Befestigungsart denkbar. Im Bereich der vertikal verlaufenden Stirnwand 18 ist hier kein Haltemittel vorgesehen; dennoch wäre es denkbar, dass auch an der Stirnwand 18 Blechleisten 82, 83 befestigt sind. Am vorderen Ende der Fahrgastzelle 10 ist das innere Radlaufblech 72 angeordnet, welches über eine weitere Halteleiste 84 an der Außenseite des zugeordneten Längsträgers 24 befestigt ist.

Die hier beschriebene Anordnung der Längsträger 24, 25 und des Integralträgers 34. 34' wäre anstelle am vorderen Ende der Fahrgastzelle selbstverständlich auch an deren hinterem Ende denkbar.

Claims (14)

1. Kraftwagen mit einer selbsttragenden Karosserie, die überwiegend aus Blechformteilen zusammengesetzt ist und wenigstens eine mit seitlichen Längsträgern versehene Knautschzone aufweist, wobei die Längsträger zur Absorption von Aufprallenergie an der Sicherheitsfahrgastzelle abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsträger (24, 25) zumindest überwiegend aus Leichtbauplatten bestehen, die sich über ihren Querschnitt gesehen im wesentlichen in Höhenrichtung der Knautschzone (12) erstrecken, und
dass an jeweils den Längsträgern (24, 25) zugeordneten Blechformteilen der Karosserie Haltemittel (28) zur crashstabilen Befestigung der Leichtbauplatten vorgesehen sind.

2. Kraftwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (24, 25) jeweils aus einem Strangpressprofil bestehende Leichtbauwände sind.

3. Kraftwagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strangpressprofile (24, 25) Kammern (26) aufweisen, die sich in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken.

4. Kraftwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (24, 25) über einen erheblichen Bereich ihrer Längserstreckung an der Fahrgastzelle (10) befestigt sind, wobei die an die Fahrgastzelle (10) angrenzende Schmalseite der Längsträger (24, 25) jeweils über eine Halteschiene (28) befestigbar ist.

5. Kraftwagen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Halteschienen (28) unter den Boden (14) der Fahrgastzelle (10) bis zu einem Bodenquerträger (20) erstrecken.

6. Kraftwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Längsträgern (24, 25) eine sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Querträgerplatte (50) gehalten ist.

7. Kraftwagen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querträgerplatte (50) am Stirnende der Längsträger (24, 25) angeordnet ist.

8. Kraftwagen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querträgerplatte (50) eine aus einem Strangpressprofil bestehende Leichtbauwand ist.

9. Kraftwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Querträgerplatte (50) über jeweils ein Eckbauteil (52) mit den Längsträger (24, 25) verbunden sind, wobei der Verbund aus Querträgerplatte (50) und Eckbauteilen (52) als Integralträger (34'), Fahrschemel oder dgl. ausgebildet ist.

10. Kraftwagen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (24, 25) im Bereich von an ihren unteren Stirnenden vorgesehenen Ausschnitten (64) von jeweils einem Längsträgerabschnitt (66) des zugeordneten Eckbauteils (52) gebildet sind.

11. Kraftwagen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass am der Fahrgastzelle (10) zugewandten Ende der Ausschnitte (64) jeweils eine Abgleitschräge (68) vorgesehen ist, entlang der das zugehörige Eckbauteil (52) bei übermäßiger Beaufschlagung mit Aufprallenergie in Fahrzeuglängsrichtung schräg nach unten abgewiesen wird.

12. Kraftwagen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger (24, 25) und der Integralträger (34'), Fahrschemel oder dgl. als vormontierbare Baueinheit ausgebildet sind, die am zugehörigen Ende der Fahrgastzelle (10) befestigbar ist.

13. Kraftwagen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eckbauteile (52) als Aluminium-Guß- oder Schmiedeteile ausgebildet sind.

14. Kraftwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Stirnende der Längsträger (24, 25) ein Endmodul (42) und/oder eine Kühlerbrücke (48) befestigt ist.