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Die Erfindung betrifft einen Querträger für eine Karosserie eines Personenkraftwagens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Serienbau von Personenkraftwagenkarosserien ist bereits eine Vielzahl von Anwendungen bekannt, bei welchen ein jeweiliger Querträger mit seinen entsprechenden Endbereichen an korrespondierenden Längsträgern einer Hauptlängsträgerebene befestigt ist und mit seinem Mittenbereich einen Mitteltunnel überbrückt. Üblicherweise verläuft der Querträger dabei – in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet – auf Höhe einer vorderen Stirnwand, welche die Fahrgastzelle nach vorne hin begrenzt beziehungsweise von der Vorbaustruktur der Personenkraftwagenkarosserie unterteilt. Dem Querträger auf Höhe der vorderen Stirnwand kommen dabei mehrere Funktionen zu, unter anderem die Verteilung entsprechender Unfallkräfte – beispielsweise bei einer Frontalkollision des Personenkraftwagens mit einem Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung – sowie die Aufnahme und Ableitung eines Antriebsaggregats im Bereich der Vorbaustruktur, welches in Folge einer Frontalkollision in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten in Richtung der Fahrgastzelle bewegt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Querträger der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher zu einem verbesserten Unfallverhalten der Karosserie des Personenkraftwagens beiträgt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Querträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um einen Querträger der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher zu einem verbesserten Unfallverhalten der Karosserie des Personenkraftwagens beiträgt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Querträger in seinen Endbereichen steifer ausgebildet ist als in seinem Mittenbereich. Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Querträger im Anschlussbereich an die jeweiligen Längsträger der Hauptlängsträgerebene eine steifere Struktur benötigt, um insbesondere bei einer Frontalkollision des Personenkraftwagens mit einem Hindernis mit geringer Breitenüberdeckung, welcher üblicherweise als Small-Overlap-Crash bezeichnet wird, eine entsprechende lastverteilende Wirkung bereitstellen zu können. Durch diese lastverteilende Wirkung kann erreicht werden, dass erhebliche Unfallkräfte, welche bei einem derartigen Unfallszenario außenseitig des jeweiligen Hauptlängsträgers in die Vorbaustruktur eingeleitet werden, mittels des Querträgers besonders günstig auf die gegenüberliegende Fahrzeugseite in die dortige Struktur geleitet werden können. Durch die gezielte Versteifung des Querträgers in seinen Endbereichen, in welchen dieser an die jeweiligen Hauptlängsträger anschließt, kann somit eine höhere Lastübertragung durch die Querträger erreicht werden.
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Demgegenüber ist der Querträger in seinem Mittenbereich, in dem er beispielsweise bogenförmig den Mitteltunnel überbrückt, weniger steif ausgebildet, da in diesem Bereich vorderseitig beziehungsweise oberseitig des Mitteltunnels üblicherweise ein Antriebsaggregat, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, auftrifft, wenn dieser in Folge einer Frontalkollision in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten Richtung der Fahrgastzelle verschoben wird. Mit dem weniger steif gestalteten Mittenbereich des Querträgers kann somit erreicht werden, dass das Antriebsaggregat respektive der Motor nicht übermäßig abgebremst wird, wenn dieser auf den Querträger aufläuft. Gleichwohl soll natürlich erreicht werden, dass der Querträger einen entsprechenden Beitrag dazu leistet, dass die Fahrgastzelle im Bereich ihrer vorderen Stirnwand nicht übermäßig deformiert wird beziehungsweise eine übermäßige Intrusion erfährt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Steifigkeitsverlauf des Querträgers dadurch erreicht, dass dieser in seinen Endbereichen einen größeren Gesamtquerschnitt aufweist als in seinem Mittenbereich. Somit kann auf einfache Weise die Steifigkeit über den Verlauf des Querträgers eingestellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Querträgers sieht vor, dass dieser über seinen Verlauf eine Profilstruktur mit wenigstens einem Teilprofil aufweist, welches in den Endbereichen einen größeren Querschnitt aufweist als im Mittenbereich des Querträgers. Auch durch eine derartige Ausgestaltung des Teilprofils ist es auf besonders einfache und günstige Weise möglich, die Steifigkeit des Querträgers über dessen Verlauf einzustellen.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Querträger zumindest partiell von Blechelementen oder dergleichen Teilen einer vorderen Stirnwand des Kraftwagens gebildet ist. Somit kann einerseits ein hoch wirksames Querträgerprofil geschaffen werden, welches die vorbeschriebenen Steifigkeitseigenschaften über dessen Verlauf aufweist und andererseits dennoch eine gewichtsgünstige Struktur geschaffen werden, indem das Trägerprofil des Querträgers zumindest partiell durch entsprechende Bauteilbereiche der Stirnwand gebildet wird.
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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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1 eine Perspektivansicht auf eine Vorbaustruktur einer Kraftwagenkarosserie eines Personenkraftwagens mit einem im Bereich einer vorderen Stirnwand verlaufenden Querträger mit jeweiligen Endbereichen zum Anschluss an korrespondierende Längsträger einer Hauptlängsträgerebene, und mit einem Mittenbereich zum Überbrücken eines Mitteltunnels, wobei der Querträger in seinen Endbereichen steifer ausgebildet ist als in seinem Mittenbereich;
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2a, 2b eine Perspektivansicht und eine Vorderansicht auf den separat dargestellten Querträger gemäß 1; und in den
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3a, 3b jeweilige Schnittansichten entlang von durch die Linien IIIa-IIIa beziehungsweise IIIb-IIIb in 2b repräsentierten, in Fahrzeuglängsrichtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Schnittebenen durch den Querträger gemäß den 1 bis 2b.
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In 1 ist in einer ausschnittsweisen Perspektivansicht eine Vorbaustruktur 10 einer Kraftwagenkarosserie eines Personenkraftwagens dargestellt. Von der Vorbaustruktur 10 sind dabei insbesondere zwei Längsträger 12, 14 einer Hauptlängsträgerebene erkennbar, welche zunächst nach hinten hin bis zu einer Stirnwand 16 verlaufen, welche eine Fahrgastzelle 18 des Kraftwagens nach vorne hin begrenzt. Die Längsträger 12, 14 verlaufen dabei einerseits bis zur Stirnwand 16 und von dort aus weiter unterhalb eines Pedalbodens 20 beziehungsweise eines Hauptbodens 22 der Fahrgastzelle 18 in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten. Andererseits verlaufen jeweilige Trägerbereiche 24 ausgehend vom zugehörigen Längsträger 12, 14 in Richtung zur Fahrzeugaußenseite hin bis zu einer Säulenwurzel 26 einer jeweiligen A-Säule 28. Die jeweiligen A-Säulen 28 sind dabei auch über einen oberen Stirnwandquerträger 30 miteinander verbunden, welche die Stirnwand 16 nach oben hin begrenzt. Der Stirnwandquerträger 30 bildet mit den seitlichen Teilbereichen der jeweiligen A-Säule 28 und einem vorderen Dachquerträger den Windschutzscheibenrahmen einer nicht dargestellten Windschutzscheibe.
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Zwischen den Längsträgern 12, 14 ist im Bereich der Stirnwand 16 ein vorderer Bereich eines Mitteltunnels 32 erkennbar, welcher sich beispielsweise über die gesamte Länge des Hauptbodens erstreckt und zur Führung einer Antriebswelle dient, welche ein Antriebsmoment von einem im Bereich der Vorbaustruktur 10 angeordneten Antriebsaggregat, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, zu einer Hinterachse des Personenkraftwagens überträgt.
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Des Weiteren erkennbar ist auf der linken Fahrzeugseite ein Rohbauelement 34 eines Radhauses 36, dessen oberer Bereich ein Federbeindom 38 zur Aufnahme eines Feder- und/oder Dämpferbeins für ein zugeordnetes, innerhalb des Radhauses 36 angeordnetes Vorderrad. Oberhalb des Rohbauelements 34 erstrecken sich jeweilige Seitenwandteile 40 bis auf Höhe jeweiliger, vorliegend nicht erkennbarer Längsträger einer oberen Längsträgerebene, welche sich seitlich auf Höhe einer jeweiligen Kotflügelbank erstrecken.
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Wie nun des Weiteren erkennbar ist, erstreckt sich – in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet – vorderseitig der Stirnwand 16 ein Querträger 42, welcher die beiden Hauptlängsträger 12, 14 miteinander verbindet. Dieser Querträger 42 ist in den 2a und 2b in einer Perspektivansicht beziehungsweise einer Vorderansicht separat dargestellt. Des Weiteren dienen zur Erläuterung des Querträgers 42 jeweilige Darstellungen gemäß den 3a und 3b, welche entsprechende Schnittansichten durch den Querträger 42 entlang von durch die Linie IIIa-IIIa beziehungsweise IIIb-IIIb in 2b repräsentierte Schnittebenen zeigen. Diese Schnittebenen verlaufen dabei jeweils in Fahrzeuglängsrichtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung. Ebenfalls erkennbar ist in den 1, 2a und 2b jeweils ein Koordinatenkreuz, welches die Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung), die Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) und die Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) zeigt.
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Wie nun insbesondere in Zusammenschau der 1 bis 2b erkennbar ist, weist der Querträger 42 in jeweiligen Endbereichen 44, 46, mit welchen der Querträger 42 an die jeweiligen Hauptlängsträger 12, 14 anschließt, einen größeren Gesamtquerschnitt auf als in einem Mittenbereich 48 vorderseitig beziehungsweise oberseitig des Mitteltunnels 32. Entsprechend ist in Zusammenschau der 3a und 3b erkennbar, dass der Gesamtquerschnitt des jeweiligen Endbereichs 44, 46 des Querträgers 42 in den Endbereichen 44, 46 größer ausgebildet ist als im Mittenbereich 48. Hierdurch wird insbesondere erreicht, dass der Querträger 42 in seinen Endbereichen 44, 46 steifer ausgebildet ist als in seinem Mittenbereich 48. Im vorliegenden Fall wird dies erreicht, obwohl die Blechdicken jeweiliger, im Weiteren noch näher erläuterter Blechelemente über den Verlauf des Querträgers 42 vorzugsweise gleich dick sind.
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Wie insbesondere aus den Schnittansichten gemäß den 3a und 3b erkennbar ist, wird der Querträger 42 aus einer Mehrzahl von Blechelementen gebildet. Rückwärtig wird dabei der Querträger 42 durch jeweilige Blechelemente 50, 52, 66, 68 der Stirnwand 16 gebildet. Die Blechelemente 50, 52, 66, 68 der Stirnwand 16 haben somit in diesem Bereich eine Doppelfunktion, nämlich einerseits die Fahrgastzelle 18 nach vorne hin zu begrenzen und andererseits das Kastenprofil des Querträgers 42 im rückwärtigen Querschnittsbereich zu bilden. An die Blechelemente 50, 52, 66, 68 der Stirnwand 16 sind vorliegend weitere Blechelemente 54, 56, 58 angesetzt, deren Zusammenbau insgesamt den Querträger 42 bildet. Die Blechelemente 50 bis 68 sind dabei beispielsweise durch Schweißen oder eine andere Fügtechnologie miteinander verbunden.
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Dabei ist erkennbar, dass im Bereich des Schnitts gemäß 3a entsprechende Ausnehmungen 60 im Blechteil 58 vorgesehen sind.
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Eine Zusammenschau der 3a und 3b zeigt des Weiteren, dass der Querträger 42 über seinen Verlauf in Fahrzeugquerrichtung außerdem eine Profilstruktur mit wenigstens einem Teilprofil 62 aufweist, welches vorliegend durch die jeweiligen Blechelemente 54 und 58 gebildet wird und welches in den Endbereichen des Querträgers einen größeren Querschnitt aufweist als im Mittenbereich des Querträgers 42. Durch das Teilprofil 62 und das im Übrigen gebildete weitere Teilprofil 64 werden über den Verlauf des Querträgers 42 zwei Hohlkammern gebildet, welche eine doppelte Profilstruktur ausbilden. Diese dient im Ergebnis jedoch dazu, dass der Querträger in seinen Endbereichen 44, 46 steifer ausgebildet ist als im Mittenbereich 48.
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Durch diese Ausgestaltung des Querträgers 42 wird insbesondere bei einer Frontalkollision mit geringer Breitenüberdeckung des Personenkraftwagens mit einem Hindernis (Small-Overlap-Crash), bei der das Hindernis außenseitig des jeweils seitlich zugeordneten Hauptlängsträgers 12, 14 auf die Vorbaustruktur 10 auftrifft, eine verbesserte Lastverteilung erreicht. Trifft das Hindernis nämlich außenseitig des jeweiligen Hauptlängsträgers 12, 14 auf die Vorbaustruktur 10 auf, so sorgt der Querträger 42 durch die steif ausgebildeten Endbereiche 44, 46 für eine optimale Lastverteilung der Unfallkraft auf die gegenüberliegende Fahrzeugseite. Durch den demgegenüber weicher ausgebildeten Mittenbereich 48 wird hingegen beispielsweise bei einer Frontalkollision und einer unfallbedingten Rückverlagerung eines Antriebsaggregats, beispielsweise eines Verbrennungsmotors erreicht, dass dieser beim Auftreffen auf den dahinter liegenden Querträger 42 nicht übermäßig abgebremst wird und auf Block geht, sondern vielmehr weich abgebremst und nach unten hin in Richtung des Mitteltunnels 32 abgeleitet wird. Gleichzeitig soll jedoch die Funktion der Fahrgastzelle 18 intakt bleiben, das heißt eine übermäßige Intrusion in die Stirnwand 16 unterbleiben. Durch den bogenförmig über den Mitteltunnel 32 geführten Mittenbereich 48 des Querträgers 42 wird dies in optimaler Weise realisiert.
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Durch die geeignete Profilstruktur können dabei Blechelemente 50 bis 66 dünnerer Blechdicken realisiert werden und somit das Gesamtgewicht der Kraftwagenkarosserie deutlich reduziert werden. Außerdem bringt die Profilstruktur deutliche Verbesserungen hinsichtlich der NVH-Eigenschaften, also der Geräusch-, Vibrations- und Rauheitseigenschaften der Kraftwagenkarosserie.
