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Die Erfindung betrifft eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 199 28 588 B4 ist eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der eine Verstärkungsstrebe vom linken Federbeindom und eine Verstärkungsstrebe vom rechten Federbeindom jeweils zum mittleren Bereich des unteren Windlaufs verläuft, an dem der untere Randbereich der Frontscheibe befestigt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer hohen Steifigkeit zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird mit einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs einen Vorderwagen auf, der vor der Fahrgastzelle angeordnet ist. Die vordere Begrenzung der Fahrgastzelle wird von einer Stirnwand gebildet, an die der Vorderwagen angrenzt. Der Vorderwagen weist zumindest einen linken und einen rechten Motorlängsträger, einen linken und einen rechten Stützträger, eine linke und eine rechte Federbeinaufnahme und einen Schlossquerträger auf. Die beiden Motorlängsträger sind parallel zueinander angeordnet. Sie erstrecken sich von der Stirnwand aus in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und dienen zur Befestigung des Motors und des vorderen Stoßfängers. Dieser ist an den vorderen Endbereichen der Motorlängsträger angebunden. Dabei wird zwischen dem eigentlichen vorderen Stoßfänger und den vorderen Endbereichen der Motorlängsträger üblicherweise jeweils eine Deformationsbox angeordnet. Diese Deformationsboxen haben eine geringere Steifigkeit als die Motorlängsträger. Sie haben bei einem Crash die Aufgabe, sich gezielt zu deformieren und so möglichst viel Crashenergie zu absorbieren, sodass die Motorlängsträger und die dahinterliegende Karosserie möglichst unbeschädigt bleiben. Die beiden Stützträger erstrecken sich im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung jeweils von den A-Säulen aus nach vorne. Ihre Hauptaufgabe besteht in der Aufnahme eines vorderen Kotflügels. Deshalb verlaufen die beiden Stützträger in Fahrzeugquerrichtung von der Fahrzeugmitte aus gesehen deutlich weiter außen als die Motorlängsträger. Auch befinden sich die beiden Stützträger in Fahrzeughöhenrichtung gesehen weiter oben als die Motorlängsträger, um die vorderen Kotflügel auch in Fahrzeughöhenrichtung möglichst gut abstützen zu können. Die Stützträger erstrecken sich in Fahrzeuglängsrichtung gesehen zumindest jeweils bis zu einer Federbeinaufnahme nach vorne, die zur Befestigung eines Federbeins der Vorderachse dient. Die Federbeinaufnahmen sind jeweils mit ihrem in Fahrzeugquerrichtung der Fahrzeugmitte zugewandten Abschnitt mit dem jeweiligen Motorlängsträger und mit ihrem oberen, in Fahrzeugquerrichtung der Fahrzeugmitte abgewandten Abschnitt mit dem jeweiligen Stützträger verbunden. Normalerweise erstrecken sich die beiden Stützträger in Fahrzeuglängsrichtung über die Federbeinaufnahmen hinaus deutlich weiter bis in den vorderen Endbereich des Kraftfahrzeugs nach vorne. Dabei kann der vordere Endbereich der Stützträger bogenförmig in Fahrzeugquerrichtung zur Fahrzeugmitte hin verlaufen. Die beiden vorderen Endbereiche der Stützträger können mit einem Schlossquerträger miteinander verbunden sein. Der Schlossquerträger dient – wie es der Name schon sagt – vor allem zur Aufnahme zumindest eines Schlosses für eine Frontklappe. Zusätzlich erstreckt sich erfindungsgemäß jeweils eine Verstärkungsstrebe zwischen dem oberen, in Fahrzeugquerrichtung der Fahrzeugmitte zugewandten Abschnitt der Federbeinaufnahmen und der A-Säule.
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Diese Verstärkungsstreben verlaufen dabei leicht diagonal vom oberen, der Fahrzeugmitte zugwandten Abschnitt der Federbeinaufnahmen in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten und in Fahrzeugquerrichtung leicht nach außen zu den A-Säulen. Die Enden der Verstärkungsstreben sind dabei momentensteif mit den A-Säulen bzw. mit den Federbeinaufnahmen verbunden. Die Verstärkungsstreben bilden damit zusätzliche diagonale Lastpfade im Vorderwagen, dessen Lastpfade ansonsten hauptsächlich in Fahrzeuglängsrichtung verlaufen. Die diagonal verlaufenden Verstärkungsstreben erhöhen somit die Steifigkeit des Vorderwagens und damit der gesamten Karosserie des Kraftfahrzeugs maßgeblich.
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Bevorzugt sind die Verstärkungsstreben in dem Bereich an die A-Säulen angebunden, an dem der untere Windlauf die beiden A-Säulen in Fahrzeugquerrichtung miteinander verbindet, an dem der untere Randbereich der Frontscheibe befestigbar ist. An dieser Anbindungsstelle sind die A-Säulen aufgrund der Querverbindung besonders steif. Die A-Säulen können in Schalenbauweise aus einer Innenschale und einer Außenschale gebildet sein. Günstigerweise können dann die Innenschalen der A-Säulen jeweils eine Schweißmutter zum Anschrauben der Verstärkungsstreben aufweisen.
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Bevorzugt erstreckt sich zusätzlich jeweils eine Strebe zwischen den Federbeinaufnahmen und dem – in Fahrzeugquerrichtung gesehen – mittleren Bereich des Schlossquerträgers erstreckt. Diese zusätzlichen diagonalen Streben erhöhen maßgeblich die Steifigkeit des Vorderwagens im Bereich vom vorderen Fahrzeugende bis zu den Federbeinaufnahmen.
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Günstigerweise verläuft jeweils eine Stützstrebe von den Federbeinaufnahmen zum – in Fahrzeugquerrichtung gesehen – mittleren Bereich des unteren Windlaufs, an dem der untere Randbereich der Frontscheibe befestigt ist. Die Stützstreben verlaufen diagonal von den Federbeinaufnahmen in Fahrzeugquerrichtung nach innen zur Fahrzeugmitte hin und in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten zum mittleren Bereich des unteren Windlaufs. Die Enden der Stützstreben sind dabei momentensteif mit dem unteren Windlauf bzw. mit den Federbeinaufnahmen verbunden. Die Stützstreben bilden damit zusätzliche diagonale Lastpfade im Vorderwagen. Zusammen mit den Verstärkungsstreben bilden die die Stützstreben einen steifen Verbund aus mehreren Lastpfaden im Vorderwagen. Die Stützstreben erhöhen somit die Steifigkeit der Karosserie noch zusätzlich.
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Neben einer möglichst hohen Steifigkeit soll jeder Karosserie eines Kraftfahrzeugs ein möglichst geringes Gewicht aufweisen, um möglichst gute fahrdynamische Eigenschaften des Kraftfahrzeugs sicherstellen zu können. Dieser Zielkonflikt kann dadurch ein Stück weit aufgelöst werden, dass die Verstärkungsstreben und/oder Streben und/oder Stützstreben günstigerweise aus einem geschlossenen Hohlprofil aus CFK bestehen. Ein solches Hohlprofil weist eine hohe Knicksteifigkeit auf und kann damit hohe Lasten übertragen. Im Vergleich zu Verstärkungsstreben aus einem anderen Material weisen dabei die Verstärkungsstreben aus CFK bei gleichen mechanischen Eigenschaften ein außerordentlich niedriges Gewicht auf. Idealerweise bestehen die Verstärkungsstreben und/oder Streben und/oder Stützstreben dabei aus einem geflochtenen CFK-Hohlprofil. Flechtprofile weisen gegenüber klassischen mehrlagigen CFK-Profilen noch einmal bessere mechanische Eigenschaften auf.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
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1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Karosserie eines Personenkraftfahrzeugs, und
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2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Karosserie eines Personenkraftfahrzeugs.
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In beiden Figuren ist ein Vorderwagen 1 einer Karosserie eines Personenkraftfahrzeugs und ein Teil der sich in Fahrzeuglängsrichtung x dahinter anschließenden Fahrgastzelle 2 dargestellt. Die in Fahrzeuglängsrichtung x gesehen vordere Begrenzung der Fahrgastzelle 2 wird gebildet von einer Stirnwand, die sich über die gesamte Breite des Kraftfahrzeugs erstreckt. Die Stirnwand wird oben durch einen unteren Windlauf 3 begrenzt, der sich ebenfalls über die gesamte Breite des Kraftfahrzeugs in Fahrzeugquerrichtung y erstreckt. Der untere Randbereich einer Frontscheibe wird später auf den unteren Windlauf 3 aufgeklebt. In der in den Figuren gezeigten Draufsicht verdeckt der untere Windlauf 3 die Stirnwand, sodass diese nicht sichtbar ist.
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Der untere Windlauf 3 erstreckt sich zwischen dem oberen Rand der linken und der rechten unteren A-Säule 4. Die unteren A-Säulen 4 erstrecken sich jeweils von der Brüstungslinie nach unten bis zum Seitenschweller 5. Die Brüstungslinie wird gebildet vom unteren Rand der Fensterausschnitte der Seitentüren des Kraftfahrzeugs. Nach oben grenzen an die unteren A-Säulen 4 die oberen A-Säulen 6 an, die sich in schräg in Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten und in Fahrzeughöhenrichtung z nach oben bis zu einem Fahrzeugdach 7 erstrecken. Gegebenenfalls können sich auch die oberen A-Säulen 6 als Dachseitenrahmen fortsetzen.
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Von der Stirnwand aus in Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne erstreckt sich ein linker und ein rechter Motorlängsträger 8, die parallel zueinander verlaufen und in Fahrzeugquerrichtung y symmetrisch zur Fahrzeugmitte angeordnet sind. In die vorderen Endbereiche der Motorlängsträger 8 ist jeweils der hintere Abschnitt einer Deformationsbox eingeschoben und befestigt, deren vorderer Abschnitt mit einem vorderen Stoßfänger 9 verbunden ist. Die Deformationsboxen sind so ausgelegt, dass sie sich bei einem Crash in Fahrzeuglängsrichtung gezielt deformieren und dabei Crashenergie absorbieren können.
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Von dem Eckbereich zwischen unteren A-Säulen 4, oberen A-Säulen 6 und unteren Windlauf 3 aus erstreckt sich auf der linken Seite ein linker Stützträger 10 und auf der rechten Seite ein rechter Stützträger 10 im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne. Die Stützträger 10 dienen vor allem zur Befestigung der Kotflügel 11. In Fahrzeughöhenrichtung z sind die Stützträger 10 deutlich höher angeordnet als die Motorlängsträger 8, in Fahrzeugquerrichtung y befinden sich die Stützträger 10 deutlich weiter weg von der Fahrzeugmitte als die Motorlängsträger 8.
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Außerdem weist der Vorderwagen 1 eine linke und eine rechte Federbeinaufnahme 12 auf, die zur Aufnahme der Federbeine der Fahrwerksaufhängung der Vorderachse des Kraftfahrzeugs aufnehmen können. Die beiden Federbeinaufnahmen 12 sind ein Gussbauteil, das jeweils mit seinem unteren, in Fahrzeugquerrichtung y der Fahrzeugmitte zugewandten Abschnitt mit dem jeweiligen Motorlängsträger 8 und mit seinem oberen, in Fahrzeugquerrichtung y der Fahrzeugmitte abgewandten Abschnitt mit dem jeweiligen Stützträger 10 verbunden ist.
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Die Stützträger 10 erstrecken sich über die Federbeinaufnahmen 12 in Fahrzeuglängsrichtung x hinaus weiter nach vorne. Die Endbereiche 13 der Stützträger 10 verlaufen dabei bogenförmig zur Fahrzeugmitte hin, sodass sie in etwa oberhalb der vorderen Endbereiche der Motorlängsträger 8 enden. Die beiden Endbereiche 13 der Stützträger 10 sind mit einem Schlossquerträger 14 miteinander verbunden, der sich im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung y erstreckt. Der Schlossquerträger 14 dient unter anderem zur Aufnahme des mindestens einen Schlosses zur Verriegelung einer Frontklappe in der geschlossenen Stellung. Zusätzlich stützt sich der Schlossquerträger 14 über eine linke und eine rechter Halterung am vorderen Endbereich des jeweiligen Motorlängsträgers 8 ab.
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Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform erstreckt sich zwischen dem oberen, in Fahrzeugquerrichtung y der Fahrzeugmitte zugewandten Abschnitt der Federbeinaufnahmen 12 und den A-Säulen 4 jeweils eine Verstärkungsstrebe 15. Die Verstärkungsstreben 15 verlaufen damit von den Federbeinaufnahmen 12 in Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten und in Fahrzeugquerrichtung y von der Fahrzeugmitte weg nach außen zu den A-Säulen 4 hin. Die Enden der beiden Verstärkungsstreben 15 sind momentensteif mit den Federbeinaufnahmen 12 und den A-Säulen 4 verbunden. Zur Befestigung der Enden der Verstärkungsstreben 15 an den Federbeinaufnahmen 12 ist jeweils ein Befestigungsring 16 vorgesehen, der mit der jeweiligen Federbeinaufnahme 12 verschraubt ist. Das vordere Ende der Verstärkungsstreben 15 ist dann jeweils momentensteif an dem jeweiligen Befestigungsring 16 befestigt.
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Die A-Säulen 4 bestehen jeweils in Schalenbauweise aus einer inneren und einer äußeren Blechschale. An die innere Blechschale ist eine Schweißmutter angeschweißt. Das hintere Ende der Verstärkungsstreben 15 ist dann jeweils momentensteif an der jeweiligen Schweißmutter der inneren Blechschale der A-Säule 4 angeschraubt. Die beiden Verstärkungsstreben 15 können aus einem Stahlrohr oder aus geflochtenen CFK-Hohlprofilen bestehen.
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Zusätzlich erstreckt sich zwischen den Federbeinaufnahmen 12 und dem mittleren Bereich des unteren Windlaufs 3 jeweils eine Stützstrebe 18, die ebenfalls aus einem geflochtenen CFK-Hohlprofil bestehen kann. Alternativ können die Verstärkungsstreben 15 und die Stützstreben 18 aber auch aus jedem anderen geeigneten Werkstoff, wie beispielsweise aus Stahlrohren, bestehen. Die Stützstreben 18 sind mit ihren vorderen Enden ebenfalls momentensteif am jeweiligen Befestigungsring 16 befestigt. Die hinteren Enden der Stützstreben 18 sind momentensteif mit dem in Fahrzeugquerrichtung y gesehen – mittleren Bereich des unteren Windlaufs 3 verbunden. Dabei weisen die beiden Stützstreben 18 jeweils einen separaten Befestigungspunkt am unteren Windlauf 3 auf. Alternativ können auch die beiden Stützstreben 18 einteilig miteinander ausgeführt sein. In diesem Fall gehen die beiden Stützstreben 18 im mittleren Bereich des unteren Windlaufs 3 ineinander über.
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Desweiteren erstreckt beidseitig jeweils eine Strebe 17 von den Federbeinaufnahmen 12 zum mittleren Bereich des Schlossquerträgers 14. Die hinteren Enden dieser Streben 17 sind momentensteif mit dem jeweiligen Befestigungsring 16 an den Federbeinaufnahmen 12 angebunden. Von dort aus erstrecken sich die Streben 17 in Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne und in Fahrzeugquerrichtung zur Fahrzeugmitte hin bis zum Schlossquerträger 14, an dem sie ebenfalls momentensteif angebunden sind.
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Die Verstärkungsstreben 15, die Stützstreben 18 und die Streben 17 bilden im Vorderwagen 1 mehrere diagonal verlaufende Lastpfade. Diese zusätzlichen Lastpfade führen zu einer maßgeblichen Erhöhung der Steifigkeit des Vorderwagens 1 und damit der gesamten Karosserie des Kraftfahrzeugs, da die meisten sonstigen Lastpfade im Vorderwagen 1 in Fahrzeuglängsrichtung x und zu einem geringeren Teil in Fahrzeugquerrichtung y verlaufen, aber keine sonstigen diagonalen Lastpfade vorhanden sind. Diese Verstrebungen erhöhen somit vor allem die Torsionssteifigkeit in hohem Maße. Durch geschickte Wahl geeigneter Materialen für die Verstärkungsstreben 15 und/oder die Stützstreben 18 kann zudem das zusätzliche Gewicht durch die zusätzlichen Streben relativ gering gehalten werden. Der Gewinn an Steifigkeit ist weit überproportional höher im Vergleich zur Gewichtszunahme.
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Die Verstärkungsstreben 15 bilden jeweils zusammen mit den Stützträgern 10 im Bereich zwischen den A-Säulen 4 und den Federbeinaufnahmen 12 zusammen mit den Federbeinaufnahmen eine Art Dreieck, da die Stützträger 10 und die Verstärkungsstreben 15 beidseitig jeweils in Fahrzeuglängsrichtung x gesehen nach hinten aufeinander zu laufen und sehr nah beieinander an die A-Säulen 4 angebunden sind.
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In der 2 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Karosserie eines Personenkraftfahrzeugs dargestellt. Während in der ersten, in 1 gezeigten Ausführungsform alle Streben als separate Bauteile ausgeführt sind, sind in der zweiten, in 2 gezeigten Ausführungsform alle Streben miteinander zu einem Strebenverbund miteinander verbunden. Dazu sind die beiden Stützstreben 18' und die Befestigungsringe 16 einteilig miteinander ausgeführt. Sie sind aus einer Metallplatte, beispielsweise aus Aluminium, ausgeschnitten worden. Diese einteilig miteinander ausgeführten Stützstreben 18' und Befestigungsringe 16 sind mit den Federbeinaufnahmen 12 und dem mittleren Bereich des unteren Windlaufs 3 verschraubt. Die Verstärkungsstreben 15' sind mit ihren hinteren Enden an den A-Säulen 4 angeschraubt, während ihre vorderen Enden mit der Metallplatte verschraubt sind, die die Stützstreben 18' und die Befestigungsringe 16 bildet. Dabei ist die Anbindung der hinteren Enden der Verstärkungsstreben 15' an der Metallplatte sehr nahe bei den Federbeinaufnahmen 12 positioniert, sodass die Verstärkungsstreben 15' indirekt über die Metallplatte momentensteif mit den Federbeinaufnahmen 12 verbunden sind. Die zusätzlichen Streben 17' bilden die direkte Verlängerung der Verstärkungsstreben 15' in Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne bis zum Schlossquerträger 14. Die Streben 17' sind mit ihren vorderen Enden mit dem Schlossquerträger 14 verschraubt, während ihre hinteren Enden ebenfalls mit der Metallplatte verschraubt sind. Dabei bilden die Streben 17' zusammen mit den Verstärkungsstreben 15' günstigerweise quasi beidseitig je eine durchgehende Strebe zwischen dem Schlossquerträger 14 und den A-Säulen 4.
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Diese zweite Ausführungsform stellt eine optimierte, besonders steife Weiterbildung der ersten Ausführungsform dar. Aufgrund der reduzierten Anzahl einzelner Bauteile durch die einteilige Ausführung der beiden Stützstreben 18' und der Befestigungsringe 16 reduziert sich zudem der Montageaufwand.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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