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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Frontpartie für ein Kraftfahrzeug, die im Hinblick auf verschiedene Typen von Kollisionsunfällen optimiert ist.
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Aus
DE 10 2009 017 350 A1 ist eine Kraftfahrzeug-Frontpartie mit einer Stoßfängerverkleidung und einer Stoßfängerversteifung bekannt, die sich in Fahrzeuglängsrichtung zwischen der Stoßfängerverkleidung und einem quer verlaufenden Querträger erstreckt und Sollbruch-Verbindungen zwischen dem Querträger und der Stoßfängerversteifung als Schraubverbindungen ausgeführt sind. Bei einer relativ energiearmen Kollision mit einem Fußgänger sollen die Schraubverbindungen intakt bleiben, bei einer energiereicheren Kollision, etwa mit einer Wand, soll die Scherbelastung ausreichen, um die Schrauben und/oder Schraublöcher ab- oder auszureißen.
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Das Ausreißen der Schraublöcher beinhaltet zwangsläufig eine Schädigung des Querträgers, die eine kostspielige Reparatur nach sich zieht. Doch auch die Alternative des Abreißens der Schrauben ist problematisch. Die Kraft, die für ein Abreißen einer Schraube nötig ist, schwankt im Allgemeinen von Fall zu Fall unvorhersagbar. Ist sie zu niedrig, dann ist die Versteifungswirkung der Stoßfängerversteifung im Kollisionsfall unbefriedigend; ist sie zu hoch, dann können Kollisionskräfte auf den Querträger übertragen werden und diesen beschädigen, was auch in diesem Fall die Kosten einer späteren Reparatur empfindlich erhöht.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Frontpartie für ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei der auch bei höheren Kollisionsenergien als den für einen Fußgängerunfall typischen der Reparaturaufwand niedrig gehalten werden kann.
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Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zu Folge gelöst, indem bei einer Frontpartie für ein Kraftfahrzeug mit einer Stoßfängerverkleidung und einer Stoßfängerversteifung, die sich in Fahrzeuglängsrichtung zwischen der Stoßfängerverkleidung und einem tragenden Karosserieteil erstreckt, ein Verbindungsaggregat, das einen hinteren Randbereich der Stoßfängerversteifung an einer Unterseite des Karosserieteils fixiert, von unten in eine Öffnung des Karosserieteils eingeführt ist und biegsame Schenkel aufweist, die oberhalb der Öffnung reversibel auseinandergespreizt sind. Diese Schenkel können unter Einwirkung einer ausreichenden Zugkraft auf das Verbindungsaggregat wieder zusammengedrückt werden, so dass das Verbindungsaggregat die Öffnung wieder passieren und Stoßfängerversteifung und Karosserieteil sich voneinander lösen können. Da zum Zusammendrücken der Schenkel kein Material reißen oder brechen muss, sondern eine kontinuierliche Biegeverformung ausreicht, kann die zum Herausziehen des Verbindungsaggregats erforderliche Kraft zuverlässig simulatorisch ermittelt und dann reproduzierbar eingestellt werden.
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Das Verbindungsaggregat kann insbesondere einen Dübel und eine Schraube umfassen, wobei die Schenkel Teil des Dübels und durch Einschrauben der Schraube in ein Gewinde des Dübels auseinandergespreizt sind. Um eine solche Spreizung zu ermöglichen, können Teile der Schenkel in ungespreiztem Zustand die Achse des Gewindes kreuzen, so dass die Schraube beim Einschrauben in das Gewinde gegen diese Abschnitte stoßen und sie beiseite drängen muss.
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Das Gewinde kann in einer Grundplatte des Dübels gebildet sein, von deren Rändern aus sich die Schenkel erstrecken. Ein solcher Dübel kann aus Flachmaterial wie etwa einem Stahlblech kostengünstig einteilig, insbesondere durch Stanz- und Biegeschritte, gefertigt werden.
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Die Schenkel können jeweils einen distalen Abschnitt und einen den distalen Abschnitt mit der Grundplatte verbindenden proximalen Abschnitt umfassen, wobei die die beiden proximalen Abschnitte von der Grundplatte aus divergieren. Die distalen Abschnitte können die oben erwähnten, in ungespreiztem Zustand die Achse des Gewindes kreuzenden Abschnitte bilden.
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Die Stoßfängerversteifung und das Karosserieteil können Gleitflächen umfassen, die einander zumindest dann berühren, wenn die Stoßfängerversteifung durch eine Kollision gegen das Karosserieteil zurückgedrängt ist. Wenigstens eine der Gleitflächen sollte zum Fahrzeuginneren hin abschüssig sein, um eine horizontal zum Fahrzeuginneren hin gerichtete Kollisionskraft in eine abwärts gerichtete Zugkraft umzuwandeln, die auf das Verbindungsaggregat einwirkt.
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Wenn die Stoßfängerversteifung eine Grundplatte und von der Grundplatte nach oben abstehende versteifende Rippen umfasst, kann eine der Gleitflächen durch einen Rand einer dieser Rippen gebildet sein.
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Dabei kann es sich um einen oberen Rand der betreffenden Rippe handeln; einer bevorzugten Ausgestaltung zu Folge ist an einem dem Karosserieteil zugewandten hinteren Ende der Rippe eine Aussparung geformt, und die Gleitfläche ist ein Teil des Randes, der diese Aussparung begrenzt.
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Alternativ oder ergänzend kann die Kollisionskraft in eine abwärts gerichtete Zugkraft auch dadurch umgewandelt werden, dass die Stoßfängerversteifung in einer einer Vorderseite des Karosserieteils gegenüberliegenden Flanke einen Vorsprung, der die Vorderseite zumindest dann berührt, wenn die Stoßfängerversteifung durch eine Kollision gegen das Karosserieteil zurückgedrängt ist, und eine Aussparung unterhalb des Vorsprungs aufweist. So kann im Kollisionsfall ein Berührungspunkt zwischen dem Vorsprung und der Vorderseite des Karosserieteils eine momentane Drehachse bilden, um die der hintere Randbereich rotieren kann, wobei durch die Rotation die Verbindung gelöst wird.
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Wenn die Stoßfängerversteifung eine Grundplatte und von der Grundplatte nach oben abstehende versteifende Rippen umfasst, kann die Flanke durch hintere Kanten der Rippen gebildet sein.
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Die Rippen können bei beiden oben erwähnten Ausgestaltungen durch in Fahrzeugquerrichtung abstehende Flügel versteift sein.
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Vorzugsweise haben die Flügel jeweils einen vorderen Rand, an dem sie einteilig mit der Grundplatte zusammenhängen.
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Die Flügel können sich bis an das hintere Ende der Rippe erstrecken, um sie unmittelbar bis zu einem Kontaktpunkt mit dem Karosserieteil zu versteifen.
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Die Stoßfängerversteifung kann im Längsschnitt gekrümmt sein, mit einer nach oben gewandten Konkavität, so dass bei geeigneten Kollisionsbedingungen die Stoßfängerversteifung im Bereich der Konkavität nach unten ausweicht und dabei Kollisionsenergie aufnimmt, und über der Konkavität angeordnete Komponenten vor einer Beschädigung durch deren Ausweichen sicher sind.
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Die Stoßfängerversteifung kann zumindest einen vorderen Teil eines Motorraums, und zwar insbesondere einen dort untergebrachten Kühler, unterqueren.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Frontpartie eines Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung;
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2 ein vergrößertes Detail aus 1 im Längsschnitt;
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3 das Detail der 2 in perspektivischer Ansicht;
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4 eine perspektivische Ansicht eines zur Befestigung einer Stoßfängeraussteifung an einem Karosserieteil des Kraftfahrzeugs verwendeten Schraubdübels; und
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5 einen Schnitt durch den montierten Schraubdübel in Fahrzeugquerrichtung.
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1 zeigt eine Frontpartie eines Kraftfahrzeugs in einem schematischen Längsschnitt. Im Motorraum des Fahrzeugs befinden sich in üblicher Weise ein Motor 1 und ein Kühler 2. Der Motorraum ist beiderseits flankiert von Längsträgern 3, die untereinander zu einem starren Rahmen verbunden sind. An diesem Rahmen ist auch ein den Motor 1 tragender Hilfsrahmen 4 gedämpft beweglich befestigt.
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Die Längsträger 3 sind an ihren vorderen Enden mit Flanschen 5 versehen, an denen über Crashboxen 6 ein oberer Stoßfängerquerträger 7 befestigt ist. Ein Zwischenraum zwischen der Vorderseite des Stoßfängerquerträgers 7 und einer Stoßfängerverkleidung 8 ist durch einen Pufferkörper 9 aus Schaumstoff ausgefüllt.
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Ein unterer Stoßfängerquerträger 10 ist unterhalb des oberen Stoßfängerquerträgers 7 an den Flanschen 5 befestigt. In einem sich vor dem Kühler 2 erstreckenden mittleren Bereich ist der untere Stoßfängerquerträger 10 gegen eine von vorn einwirkende Kollisionskraft durch eine Stoßfängerversteifung 11 unterstützt. Ein vorderer Rand der Stoßfängerversteifung 11 ist in beliebiger Weise, vorzugsweise drehfest, mit dem Stoßfängerquerträger 10 verbunden, hier ist er in eine Nut 12 an der Rückseite des Stoßfängerquerträgers 10 eingesteckt.
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Ein hinterer Randbereich 13 der Stoßfängerversteifung 11 ist an einem vorderen Querträger 14 des Hilfsrahmens 4 durch Schrauben 15 in einer Weise befestigt, die anhand der 2 bis 4 noch genauer erläutert wird.
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Die aus Kunststoff einteilig geformte Stoßfängerversteifung 11 hat eine Grundplatte 16, die sich durchgehend von dem in die Nut 13 eingreifenden vorderen Rand bis in den hinteren Randbereich 13 erstreckt. Unterhalb des Kühlers 2 ist die Grundplatte 16 in Form einer sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden Rinne nach unten ausgelenkt. In Fahrzeuglängsrichtung orientierte versteifende Rippen 17 stehen von der Oberseite der Grundplatte 16 ab.
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2 und 3 zeigen den hinteren Randbereich 13 der Stoßfängerversteifung 11 und den Querträger 14 einmal im Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung und einmal in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht. Die Rippen 17, die sich über einen Großteil der Länge der Grundplatte 16 mit gleichbleibender Höhe erstrecken, nehmen zu ihrem hinteren Ende 18 hin an Höhe zu, bis hin zu einem Scheitelpunkt 19, der sich in etwa auf gleicher Höhe mit einer Oberseite 20 des hier als Rechteck-Hohlprofil ausgebildeten Querträgers 14 befindet. Das hintere Ende 18 der Rippen 17 umfasst hier einen steil abfallenden oder vertikalen Kantenabschnitt 21 sowie, unterhalb dieses Kantenabschnitts 21, eine Aussparung 22, die nach unten durch eine zum Hilfsrahmen 4 hin schräg abfallende Kante 23 begrenzt ist. Die Rippen 17 sind im Bereich des hinteren Endes 18 durch in Fahrzeugquerrichtung abstehende Flügel 24 versteift. Die Flügel 24 sind, wie aus 3 deutlich wird, in Draufsicht trapezförmig, wobei eine breite vordere Kante des Trapezes einteilig in die Grundplatte 16 übergeht und eine hintere Kante einer vorderen Wand 25 des Querträgers 14 gegenüberliegt.
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Die Grundplatte 16 erstreckt sich über das hintere Ende 18 der Rippen hinaus bis unter den Querträger 14 und ist an diesen durch eine Mehrzahl von Schrauben 15 und Dübeln 26 befestigt, die hier jeweils von unten in Öffnungen 27 in einer unteren Wand 28 des Querträgers 14 eingeschoben sind.
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4 zeigt einen solchen Dübel 26 in perspektivischer Ansicht. Der Dübel 26 ist einteilig aus einem Blechzuschnitt geformt. Er umfasst eine in etwa rechteckige Grundplatte 29, an der rings um eine zentrale Öffnung ein Zylinderschaft 30 geformt und mit einem Innengewinde versehen ist. An den Längskanten der Grundplatte 29 sind beiderseits Schenkel 31 abgewinkelt, die jeweils einen (im in 4 gezeigten unbelasteten Zustand) zur Grundplatte 29 orthogonalen proximalen Abschnitt 32 und einen gegenüber dem proximalen Abschnitt um 90° abgewinkelten, über die Grundplatte 29 zurückgebogenen distalen Abschnitt 33 umfassen. Eine U-förmige Durchbrechung 34 teilt den proximalen Abschnitt 32 in zwei seitliche Stege 35 und einen zentralen Finger 36, der mit dem distalen Abschnitt 33, aber nicht mit der Grundplatte 29 direkt verbunden ist und geringfügig über die Stege 35 hinaus seitwärts vorspringt. Die distalen Abschnitte 33 überlappen miteinander in der Verlängerung des Zylinderschafts 30.
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Die Öffnungen 27 in der unteren Wand 28 des Querträgers 14 sind rechteckig und bemessen, um ein Einschieben eines Dübels 26 in einer Orientierung zu erlauben, in der die Längsrichtung der Grundplatte 29 mit der Längsrichtung des Fahrzeugs zusammenfällt. Die Grundplatte 29 ist länger als die Öffnungen 27, so dass eine Anschlagstellung des Dübels 26 durch einen Kontakt von Enden der Grundplatte 29 mit der Unterseite der unteren Wand 28 definiert ist. Die Länge der Finger 36 ist mit der Stärke der Wand 28 abgestimmt, so dass in der Anschlagstellung die Finger 36 die Öffnung 27 vollständig durchquert haben und ihre Spitzen einer Oberseite der unteren Wand 28 gegenüberliegen. So kann der Dübel 26 ohne Verbiegen zumindest der Finger 36 nicht wieder aus der Öffnung 27 herausgezogen werden.
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Um die Stoßfängerversteifung 11 an dem Querträger 14 zu befestigen, werden die Schrauben 15 wie in 5 gezeigt durch Löcher 37 im hinteren Randbereich 13 der Stoßfängerversteifung 11 durchgesteckt und in das Gewinde des Zylinderschafts 30 eingeschraubt. Die Länge der Schrauben 15 ist so bemessen, dass ihre Spitzen jeweils gegen die distalen Abschnitte 33 des Dübels 26 stoßen, bevor der Kopf der Schraube 15 die Stoßfängerversteifung 11 gegen die Grundplatte 29 des Dübels 27 drückt. Um die Stoßfängerversteifung 11 zu befestigen, werden daher die Schrauben 15 so weit in den Dübel 26 eingeschraubt, dass sie die Schenkel 31 jenseits der Öffnung 27 auseinander spreizen. Auf diese Weise ist zwar jeder Dübel 26 formschlüssig an dem Querträger 14 verankert, doch kann dieser Formschluss aufgehoben werden, wenn über die Schraube 15 eine nach unten gerichtete Zugkraft auf den Dübel 26 wirkt, die stark genug ist, um die nach oben divergierenden proximalen Abschnitte 32 aufeinander zu in eine parallele Orientierung zu biegen. Wie groß diese Zugkraft ist, kann durch Wahl der Wandstärke des Dübels 26 und die Formgebung der Schenkel 31 exakt und reproduzierbar vorgegeben werden.
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Im Falle einer Kollision in einem mittleren Geschwindigkeitsbereich, vorzugsweise zwischen 15 und 40 km/h, werden die Stoßfängerverkleidung 8 und die Stoßfängerversteifung 11 zum Fahrzeuginneren hin zurückgedrängt, und das hintere Ende 18 einer jeden Rippe 17 kommt in Kontakt mit der vorderen Wand 25 des Querträgers 14. Wenn der Kantenabschnitt 21 über der Aussparung 22 steif genug ist, kann ein Punkt des Kantenabschnitts 21, der die vordere Wand 25 berührt, die Achse einer Schwenkbewegung bilden, durch die, in der Darstellung der 2 im Gegenuhrzeigersinn, die Stoßfängerversteifung 11 sich der Kollisionskraft zu entziehen versucht. Wenn stattdessen die Rippe 17 oberhalb der Aussparung 22 nachgiebig ist und gestaucht wird, gleitet die Kante 23 an einer abgerundeten Ecke 38 des Querträgers 14 entlang schräg nach unten. In beiden Fällen sind die Schrauben 15 und Dübel 26 einer starken, nach unten gerichteten Zugkraft ausgesetzt, durch die, wenn sie stark genug ist, um die Dübel 26 zu verformen, diese aus den Öffnungen 27 des Querträgers 14 herausgezogen werden. Die Dübel 26 werden dabei auf kleinem Raum stark verformt, so dass sie trotz geringer Größe eine erhebliche Menge an Kollisionsenergie aufnehmen können. Wenn die Dübel 26 aus dem Querträger 14 herausgerissen sind, ist die Verbindung zwischen Hilfsrahmen 4 und Stoßfängerversteifung 11 aufgehoben. Der Hilfsrahmen 4 ist dadurch vor einer Verformung durch von der Stoßfängerversteifung 11 übertragene Kräfte geschützt und kann allenfalls dann verformt werden, wenn die Kollision stark genug ist, um die gesamte Frontpartie so stark zu stauchen, dass auch die Längsträger 3 verformt werden. Kostenaufwändige Reparaturen am Hilfsrahmen 4 können daher nach einer Kollision bei mittlerer Geschwindigkeit mit hoher Wahrscheinlichkeit vermieden werden, was eine günstige Versicherungseinstufung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ermöglicht und die Betriebskosten für dessen Halter reduziert.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Motor
- 2
- Kühler
- 3
- Längsträger
- 4
- Hilfsrahmen
- 5
- Flansch
- 6
- Crashbox
- 7
- oberer Stoßfängerquerträger
- 8
- Stoßfängerverkleidung
- 9
- Pufferkörper
- 10
- unterer Stoßfängerquerträger
- 11
- Stoßfängerversteifung
- 12
- Nut
- 13
- hinterer Randbereich
- 14
- Querträger
- 15
- Schraube
- 16
- Grundplatte
- 17
- Rippe
- 18
- hinteres Ende
- 19
- Scheitelpunkt
- 20
- Oberseite
- 21
- Kantenabschnitt
- 22
- Aussparung
- 23
- Kante
- 24
- Flügel
- 25
- vordere Wand
- 26
- Dübel
- 27
- Öffnung
- 28
- untere Wand
- 29
- Grundplatte
- 30
- Zylinderschaft
- 31
- Schenkel
- 32
- proximaler Abschnitt
- 33
- distaler Abschnitt
- 34
- Durchbrechung
- 35
- Steg
- 36
- Finger
- 37
- Loch
- 38
- Ecke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009017350 A1 [0002]
