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Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung eines Querträgers an Längsträgern einer Knautschzone eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Im Serienfahrzeugbau von Personenkraftwagen ist es üblich, im Bereich einer Vorbaustruktur oder einer Heckstruktur, also im Bereich einer jeweiligen Knautschzone des Fahrzeugs, einen Querträger vorzusehen, welcher üblicherweise an jeweiligen Endbereichen von jeweiligen Längsträgern der Kraftwagenkarosserie abgestützt sind. Dabei sind die Längsträger üblicherweise über jeweilige Befestigungsstellen mit dem Querträger verbunden, insbesondere verschraubt.
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Heutige Querträger sind normalerweise – an die Form des Kraftwagenbugs bzw. des Kraftwagenhecks angepasst – kurvenförmig nach vorne bzw. nach hinten gebogen ausgebildet. Das Biegemoment des Querträgers wird dabei maßgeblich durch seine Geometrie, also seinen Querschnitt und seine Form, sein Material und die verwendete Materialstärke definiert. Abhängig von ihrer Steifigkeit in Fahrzeugquerrichtung beeinflussen die Längsträger zusätzlich die Steifigkeit des Querträgers.
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Problematisch bei heutigen Kraftwagenkarosserien ist es jedoch, dass die Längsträger infolge der gebogenen Form des Querträgers im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Knautschzone gegebenenfalls nach außen gedrückt werden. Dieser Effekt stellt sich abhängig vom Biegemoment, welches auf den jeweiligen Längsträger wirkt, früher oder später ein. Je früher, desto früher ist die Intrusion des Querträgers im Bereich der Knautschzone und umso schlechter sind die Vorraussetzungen, die erforderliche Deformationstiefe der Knautschzone vollständig ausnützen zu können bzw. zu erreichen. Mit anderen Worten kann dieses Biegen der Längsträger in Richtung nach außen dazu führen, dass die Knautschzone vorzeitig versagt und nicht ihr volles Potential ausgeschöpft werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Befestigungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher sich ein erhöhtes Biegemoment der beiden Längsträger und des Querträgers ergibt und sich somit ein verbessertes Verhalten der Knautschzone im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung im Bereich des Längsträgers ergibt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Befestigungsanordnung eines Querträgers an Längsträgern einer Knautschzone eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um eine Befestigungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welche sich ein höheres Biegemoment an den Längsträgern bzw. am Querträger realisieren lässt und sich dadurch ein insgesamt verbessertes Deformationsverhalten der Knautschzone im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung im Bereich des Querträgers ergibt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich zwischen den Endbereichen der Längsträger ein mit diesem verbundenes Zugelement erstreckt. Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäße vorgesehen, die aufgrund der gebogenen Form bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung auf den Querträger in diesen eingeleiteten Kräfte in Fahrzeugquerrichtung dadurch aufzunehmen, dass ein entsprechendes Zugelement vorgesehen ist, welches verhindert, dass diese Querkräfte die beiden Längsträger der Knautschzone in Richtung nach außen biegen können. Da somit durch das Zugelement eine Biegung bzw. Verformung der Längsträger in einer frühen Phase in der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung vermieden werden kann, ergibt sich insgesamt ein gleichmäßigeres Deformationsverhalten bei der Intrusion des Biegeträgers und hierdurch ein verbessertes und gleichmäßigeres Energieaufnahmevermögen der gesamten Knautschzone. Durch den Einsatz des relativ einfachen und kostengünstigen Zugelements kann zudem verhindert werden, dass der Querträger besonders aufwändig gestaltet oder aus einem bestimmten Material bestehen muss.
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Das Zugelement bringt darüber hinaus Vorteile bei einer Frontalkollision mit hoher Geschwindigkeit, da der Verbund der Längsträger erhalten bleibt.
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Somit kann zusätzlich eine Gewichts- und Kosteneinsparung durch die Gestaltung eines einfacheren Querträgers erreicht werden.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Zugelement an den Befestigungsstellen für den Querträger mit den Endbereichen der Längsträger verbunden ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders günstige Anbindung des Zugelements an die Längsträger bzw. an den Querträger.
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Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn in dem Querträger eine Aussparung für das Zugelement vorgesehen ist. Hierdurch kann auf einfache Weise das Zugband bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung in die entsprechende Aussparung des Querträgers eintauchen und eine Blockbildung vermieden werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Länge des Zugelements zwischen diesen beiden Befestigungsstellen dem Abstand der Befestigungsstellen der Endbereiche der Längsträger entspricht. Mit anderen Worten ist es besonders vorteilhaft, wenn die Länge des Zugelements unmittelbar an den Abstand der Befestigungsstellen der Endbereiche des Längsträgers angepasst ist, so dass das Zugelement unmittelbar mit Querkräften beaufschlagt werden kann, sobald diese über den gebogenen Querträger in die Längsträger bzw. in das Zugelement eingeleitet werden. Gegebenenfalls ist es auch denkbar, dass das Zugelement eine Vorspannung hierzu aufweist.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Zugelement als Zugband oder Zugseil ausgebildet ist. Ein Zugband ist dabei besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Ein Zugseil hingegen hat besonders günstige mechanische Eigenschaften.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; Diese zeigen in:
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1a, 1b eine schematische Seitenansicht auf eine Kraftwagenkarosserie eines Personenkraftwagens sowie eine Draufsicht auf eine vordere Knautschzone der Karosserie des Personenkraftwagens, wobei vor dem Kraftwagen eine Barriere angedeutet ist, welche im Falle einer Kollision auf einen an jeweiligen Längsträgern abgestützten Querträger der Vorbaustruktur des Kraftwagens auftrifft;
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2a, 2b eine ausschnittsweise Perspektivansicht sowie eine schematische Draufsicht auf die Befestigungsanordnung eines Querträgers an Längsträgern einer Knautschzone eines Kraftwagens, bei welcher jeweilige Endbereiche der Längsträger an zugehörigen Befestigungsstellen mit dem Querträger verbunden sind, wobei sich zwischen den Endbereichen der Längsträger ein mit diesen verbundenes Zugelement in Form eines Zugbandes erstreckt; und in
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3 vier schematische Draufsichten auf jeweilige Knautschzonen von Kraftwagenkarosserien, von Personenkraftwagen, wobei die beiden linken Darstellungen eine Knautschzone gemäß dem Stand der Technik und die beiden rechten Darstellungen eine Knautschzone mit der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung des Querträgers an korrespondierenden Längsträgern zeigen, bei welchen sich zwischen den Endbereichen der Längsträger ein mit diesem verbundenes Zugelement erstreckt, und wobei die beiden oberen Darstellungen von 3 die jeweilige Knautschzone vor einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung und die beiden unteren Darstellungen von 3 jeweilige Knautschzone nach einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zeigen.
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In 1a ist in einer schematischen Seitenansicht eine Kraftwagenkarosserie 10 eines Personenkraftwagens dargestellt. Von dieser Kraftwagenkarosserie 10 ist in 1b in einer ausschnittsweisen Draufsicht eine vordere Knautschzone 12 bzw. Vorbaustruktur erkennbar. Insbesondere erkennbar in 1b sind dabei jeweilige Längträger 14, 16 einer Hauptlängsträgerebene 18. Eine weitere Längsträgerebene wird durch jeweilige seitliche obere Längsträger auf Höhe der Kotflügelbänke gebildet sowie gegebenenfalls durch untere Längsträger, welche unterhalb der Hauptlängsträgerebene 18 angeordnet sind. Außerdem ist insbesondere 1b ein Querträger 20 erkennbar, welcher gebogen bzw. gekrümmt ausgebildet ist, so dass dieser in einem mittleren Bereich in Fahrzeuglängsrichtung weiter nach vorne steht als in seitlichen Bereichen. Außerdem ist in den 1a und 1b eine Barriere 22 erkennbar, welche einen Unfallpartner symbolisiert, auf welchen die Kraftwagenkarosserie 10 bei einer Kollision zunächst mit dem Querträger 20 der Knautschzone 12 auftrifft.
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In 2a ist in einer ausschnittsweisen Perspektivansicht von schräg links hinten die Befestigungsanordnung des Querträgers 20 an den beiden Längsträgern 14, 16 der Knautschzone 12 detaillierter erkennbar. Insbesondere erkennbar ist dabei, dass jeweilige Endbereiche 24, 26 der Längsträger 14, 16 an zugehörigen Befestigungsstellen 28, 30 mit dem Querträger 20 verbunden sind. Im vorliegenden Fall ist im Bereich dieser Befestigungsstellen 28, 30 jeweils eine Schraubverbindung vorgesehen, welche der Querträger 20 mit den Längsträgern 14, 16 verbunden ist. Außerdem stützt sich der Querträger 20 großformatig an den vorderen Enden der Längsträger 14, 16 ab. Die Endbereiche 24, 26 der beiden Längsträger 14, 16 umfassen dabei vorliegend jeweilige Energieabsorptionselemente, welche üblicherweise als so genannte Crashboxen bezeichnet werden.
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Wie insbesondere in Zusammenschau mit 2b, welche die in 2a ausschnittsweise dargestellte Befestigungsanordnung bzw. Knautschzone 12 in einer schematischen Draufsicht zeigt, erkennbar ist, weist der Querträger 20 eine entsprechende gebogene Form auf, wobei ein mittlerer Bereich 32 des Querträgers in Fahrzeuglängsrichtung deutlich vor jeweiligen Bereichen 34 angeordnet ist, welche sich – in Fahrzeugquerrichtung betrachtet – in Verlängerung der jeweiligen Längsträger 14, 16 befinden.
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Wie außerdem aus den beiden 2a und 2b erkennbar ist, erstreckt sich zwischen den Endbereichen 24, 26 der Längsträger 14, 16 ein mit diesen verbundenes Zugelement 36. Genauer gesagt ist dieses Zugelement 36 an den jeweiligen inneren Befestigungsstellen 28 der beiden Längsträger 14, 16 mit dem Querträger 30 verbunden, und zwar unter Vermittlung der jeweiligen Schraubverbindungen im Bereich der entsprechenden Befestigungsstellen 28. Die konkrete Funktion dieses Zugelements 30 wird dabei insbesondere in Zusammenschau mit 3 erkennbar.
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Hierzu zeigt 3 in einer tabellarischen Darstellung in den beiden linken Zeichnungen eine Knautschzone 12 – vor und nach einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung – ohne ein solches Zugelement 36 und die beiden rechten Darstellungen von 3 eine Knautschzone 12 – vor und nach einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung mit einem solchen, in den 2a und 2b erläuterten Zugelement 36.
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Wie dabei zunächst aus den beiden linken Darstellungen von 3 erkennbar ist, kommt es bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Querträgers 20 bei einer Knautschzone 12 ohne Zugelement 36 dazu, dass infolge der gebogenen Ausgestaltung des Querträgers 20 in Fahrzeugquerrichtung nach außen wirkende Querkräfte entstehen, welche insbesondere die vorderen Endbereiche 24, 26 der beiden Längsträger 14, 16 – wie in 3 links unten erkennbar ist – in Richtung nach außen verformen bzw. biegen. Die Auslängung des gebogenen Querträgers 20 führt also dazu, dass die vorderen Endbereiche 24, 26 der Längsträger 14, 16 bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung nach außen hin gebogen werden können, was den Nachteil mit sich führt, dass der Querträger 20 seine gebogene Form verliert und intrudiert bzw. das sowohl infolge der Intrusion des Querträgers 20 als auch der Biegung der beiden Endbereiche 24, 26 der Längsträger 14, 16 das Deformationsvermögen der Knautschzone 12 nachteilig beeinflusst wird. Insbesondere kann nicht die gewünschte geringe Deformationstiefe im Bereich des Querträgers 20 erreicht werden.
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Im Gegensatz dazu ist in den beiden rechten Darstellungen von 3 erkennbar, dass durch das Zugelement 36 auf wirkungsvolle Weise ein Biegen der vorderen Endbereiche 24, 26 der Längsträger 14, 16 in Fahrzeugquerrichtung nach außen zumindest im Wesentlichen verhindert wird und damit auch eine übermäßige Intrusion des Querträgers 20 bzw. ein Verformen der gebogenen Form des Querträgers 20 im Wesentlichen vermieden wird. Vielmehr werden die infolge der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung auf dem Querträger 20 eingeleiteten Kräfte, insbesondere über die dabei erzeugten, in Fahrzeugquerrichtung auf die Endbereiche 24, 26 der Längsträger 14, 16 wirkenden Querkräfte durch das Zugelement 36 aufgenommen, so dass einerseits keine übermäßige Verformung der Längsträger 14 in Fahrzeugquerrichtung nach außen erfolgt und andererseits zumindest Teilweise die bogenförmige Krümmung des Querträgers 20 erhalten bleibt. Dies ist insbesondere aus der rechten unteren Darstellung von 3 ersichtlich.
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Der Vorteil des Einsatzes eines solchen Zugelements 36 besteht des Weiteren darin, dass somit auf einen übermäßigen Materialeinsatz oder auf die Verwendung eines bestimmten Materials für den Querträger 20 verzichtet werden kann.
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Wie insbesondere aus 2a außerdem erkennbar ist, ist innerhalb des Querträgers 20 eine Aussparung 38 vorgesehen, in welche das Zugelement 36 bei einer entsprechenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Knautschzone 12 eintauchen kann. Hierdurch wird eine Blockbildung durch den Querträger 20 vermieden. Außerdem ist insbesondere aus 2a erkennbar, dass die Länge des Zugelements 36 im Wesentlichen auf den Abstand der beiden Befestigungsstellen 28 der jeweiligen Längsträger 14, 16 mit dem Querträger 20 abgestimmt ist. Mit anderen Worten erstreckt sich das Zugelement 36 linear bzw. geradlinig zwischen den beiden Befestigungsstellen 28. Gegebenenfalls kann das Zugelement 36 auch – zumindest leicht – vorgespannt sein. Somit ist gewährleistet, dass bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung auf den Querträger 20 und einer damit einhergehenden Einleitung von Kräften in Fahrzeughochrichtung unmittelbar das Zugelement 36 anspricht. Das Zugelement 36 selbst kann beispielsweise als Zugband oder als Zugseil ausgebildet sein. Dabei ist es gegebenenfalls auch denkbar, das Zugelement 36 als Bestandteil des Querträgers 20 zu gestalten.
