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Die Erfindung betrifft eine Chassis-Anordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweisend ein Fahrgestell mit einem Hilfsrahmen, der über wenigstens eine Befestigungsstelle mit einem Bauteil des Fahrgestells oder der Karosserie verbunden ist, wobei die Befestigungsstelle so ausgebildet ist, dass diese sich bei einer vorbestimmten Kraft zwischen dem Bauteil des Fahrgestells oder der Karosserie und dem Hilfsrahmen entlang der Z-Achse löst. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Chassis-Anordnung.
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Kraftfahrzeuge umfassen typischerweise Chassis-Anordnungen mit wenigstens einem Rahmen und einen vom Rahmen getragenen Unterboden. Bei Fahrzeugen mit selbsttragender Karosserie sind ferner Hilfsrahmen bzw. Fahrschemel vorgesehen, welche verschiedene Fahrzeugkomponenten tragen. Hierzu zählen insbesondere Komponenten eines Antriebstrangs und Radaufhängungen. Ein solcher Hilfsrahmen ist beispielsweise am Unterboden oder Längsträger des Fahrzeugs befestigt, was durch Schraubverbindungen, Schweißverbindungen, etc. realisiert werden kann.
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Bei einem Frontalaufprall eines Kraftfahrzeugs ist aus Sicherheitsgründen vorgesehen, dass sich die vorderen Strukturkomponenten des Fahrzeugs verformen, um Energie zu absorbieren. Durch die plastische Verformung von Karosserieteilen erfolgt eine Umwandlung der kinetischen Energie in Deformationsenergie. Da Hilfsrahmen bei modernen Kraftfahrzeugen oftmals sehr steif ausgeführt sind, um insbesondere Querkräfte aufnehmen zu können, kann die Steifigkeit des Hilfsrahmens die erwünschte Verformung von Karosserieteilen jedoch verhindern. Daher kann vorgesehen sein, dass sich Hilfsrahmen bei einem Frontalaufprall von anderen Karosserieteilen ablösen. Insbesondere können Hilfsrahmen hierbei dazu konzipiert sein, sich vom Unterboden zu lösen. Beispielsweise können sich Hilfsrahmen dadurch lösen, dass die Verbindung zwischen Hilfsrahmen und Unterboden abschert. Auch eine Abtrennung durch Verdrehen ist möglich.
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Beispielsweise offenbart die
US 2015/0314807 A1 eine Chassis-Anordnung für ein Fahrzeug mit einer Hilfsrahmen-Anordnung, wobei diese Hilfsrahmen-Anordnung einen Rahmen, einen Hilfsrahmen und einen Unterboden aufweist. Der Unterboden ist vom Rahmen getragen und der Hilfsrahmen ist mit dem Unterboden verbunden. Ein Hebel erstreckt sich vom Hilfsrahmen zum Rahmen, und dieser Hebel legt eine Hebelwirkung gegen den Rahmen an, wenn der Hilfsrahmen bei einem Frontalaufprall relativ zum Rahmen gedreht wird. Auf diese Weise lässt sich die Verbindung des Hilfsrahmens zum Unterboden lösen.
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Ferner ist es bekannt, einen gelösten Hilfsrahmen bei einem Frontalaufprall in eine bestimmte Richtung zu verschieben. Beispielsweise offenbart die
US 7,229,099 B2 eine Fahrwerk-Hilfsrahmenanordnung, bei welcher ein Hilfsrahmen über vier Punkte an der Karosserie eines Fahrzeugs befestigt ist. Bei einem Frontalaufprall lösen sich diese Befestigungspunkte und der Hilfsrahmen wird mittels einer Blechrampe gezielt unter die Unterbodenstruktur der Fahrgastzelle geschoben. Durch diese Maßnahme sollen größere Bereiche der Karosserie als Deformationszonen nutzbar sein.
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Aus der
US 2013/0270861 A1 ist eine entsprechende Lösung für Elektro- bzw. Hybrid-Fahrzeuge bekannt, bei denen sowohl Antriebsbatterien als auch Hochspannungswandler bei einem Aufprall geschützt werden sollen. Dabei sind unter anderem zwei Blechrampen vorgesehen, welche bei einem Aufprall die Bewegung eines hinteren Hilfsrahmens unter die Batterie lenken. Auf diese Weise soll die Beschädigung der Batterie durch den Hilfsrahmen verhindert werden.
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Die
US 9,216,768 B1 beschreibt ebenfalls eine Hilfsrahmenanordnung mit mehreren Rampen, welche die Bewegung eines Antriebsstrangs bei einem Aufprall von einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffleitung, einer Bremsleitung oder ähnlichen Komponenten wegleiten sollen, um diese Komponenten vor einer Beschädigung zu schützen. Auch andere Arten von Rahmenstrukturen können eine oder mehrere Rampen aufweisen. Beispielsweise offenbart die
EP 2 985 208 A1 eine Frontstruktur eines Fahrzeugs, bei welcher eine erste Rampe dadurch gebildet ist, dass ein vorderer Bereich eines Rahmens höher angeordnet ist als ein hinterer Bereich. Ein Element der Aufhängung befindet sich vor dieser Rampe und weist ebenfalls schräge Wände auf.
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Die
US 9,352,785 B2 offenbart hingegen einen Hilfsrahmen für ein Kraftfahrzeug, wobei sich der Hilfsrahmen bei einem Aufprall des Fahrzeugs nach unten faltet. Dabei lösen sich vordere Befestigungspunkte, über welche der Hilfsrahmen mit einem Crashholm (crash rail) verbunden ist, während sich hintere Befestigungspunkte, über welche der Hilfsrahmen mit der Karosserie verbunden ist, nicht lösen.
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Um einen Hilfsrahmen von einem Bauteil des Fahrzeugs zu trennen, ist oftmals eine bestimmte Kraft in vertikaler Richtung, d.h. in Z-Richtung erforderlich. In Abhängigkeit von der Kinematik des Antriebstrangs eines jeweiligen Fahrzeugs können die bei einem Frontalaufprall auftretenden Kräfte jedoch zwischen einer Kraft in X-Richtung (Längsrichtung des Fahrzeugs) und einer Kraft mit Kraftkomponenten in X- und Z-Richtung schwanken. Bei einer großen Kraftkomponente in X-Richtung, und gleichzeitig zu geringen Kraftkomponenten in Z-Richtung kann sich die Abtrennung des Hilfsrahmens vom Unterboden verzögern oder sogar ganz unterbleiben. Dies führt dazu, dass die Fahrzeugstruktur/Sicherungsstruktur überlastet wird, indem der nicht gelöste Hilfsrahmen für die Längsträger eine zusätzliche Randbedingung bildet und Deformationsfreiheitsgrade des Längsträgers einschränkt.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet der Bereich Hilfsrahmenabtrennung im Fall eines Frontalaufpralls eines Kraftfahrzeugs daher noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Chassis-Anordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei welcher sich ein Hilfsrahmen insbesondere auch bei reinen Kräften auf den Hilfsrahmen in X-Richtung früh und zuverlässig löst.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Chassis-Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweils abhängigen Unteransprüche.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Die erfindungsgemäße Chassis-Anordnung für ein Kraftfahrzeug weist ein Fahrgestell mit einem Hilfsrahmen auf, welcher über wenigstens eine Befestigungsstelle mit einem Bauteil des Fahrgestells oder der Karosserie verbunden ist. Dabei ist die Befestigungsstelle so ausgebildet, dass sie sich bei einer vorbestimmten Kraft zwischen dem Bauteil des Fahrgestells oder der Karosserie und dem Hilfsrahmen entlang der Z-Achse löst. Durch Kräfte bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein anderes Objekt, bei denen eine Kraftkomponente in Z-Richtung auf die wenigstens eine Befestigungsstelle wirkt, lässt sich der Hilfsrahmen somit von einem Bauteil lösen, wenn diese Kraft ein vorbestimmtes Maß übersteigt. Ist der Hilfsrahmen an einem Bauteil der Karosserie befestigt, wie es beispielsweise bei einer Unterbodenbefestigung der Fall ist, löst er sich von einem Bauteil der Karosserie. Ist der Hilfsrahmen dagegen an einem Bauteil des Fahrgestells befestigt, wie es beispielsweise bei einer Befestigung an einem Längsträger der Fall ist, löst er sich von einem Bauteil des Fahrgestells.
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Dabei verläuft die Z-Achse vertikal durch das Kraftfahrzeug bzw. die Chassis-Anordnung. Die X-Achse verläuft hingegen längs durch das Kraftfahrzeug. Im Sinne dieser Erfindung bedeutet eine Kraft in Z-Richtung bzw. in X-Richtung, dass eine Kraft entlang der jeweiligen Achsen verläuft, die Richtung der Kraft nach oben/unten und vorne/hinten ist jedoch hierdurch nicht festgelegt. Eine Kraft in Z-Richtung kann somit sowohl vertikal nach oben, als auch nach unten gerichtet sein.
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Erfindungsgemäß ist im vorderen Bereich des Hilfsrahmens wenigstens eine geneigte Rampe ausgeformt, die so von einer sich bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs auf den Hilfsrahmen zu bewegenden Komponente des Kraftfahrzeugs kontaktierbar ist, dass hierdurch auf die Befestigungsstelle zwischen Hilfsrahmen und dem Bauteil des Fahrgestells oder der Karosserie eine Kraft entlang der Z-Achse, d.h. in Z-Richtung aufgebracht. Ist diese Kraftkomponente in Z-Richtung bei einem Aufprall des Fahrzeugs ausreichend groß, löst sich hierdurch der Hilfsrahmen von dem Bauteil des Fahrgestells/der Karosserie, an welchem er befestigt ist. Auf diese Weise lässt sich das Deformationsverhalten des Kraftfahrzeugs im Fall eines Aufpralls verbessern.
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Insbesondere ist es mit dieser Bauform einer Chassis-Anordnung möglich, auch Bewegungen von Komponenten des Fahrzeugs, die sich nur in X-Richtung auf einen Hilfsrahmen zu bewegen, für ein Lösen des Hilfsrahmens zu nutzen. Auch wenn eine Komponente in reiner X-Richtung auf den Hilfsrahmen trifft, kann diese Bewegung durch die wenigstens eine Rampe am Hilfsrahmen in eine ausreichend große Kraftkomponente in Z-Richtung umgewandelt werden, so dass sich der Hilfsrahmen löst.
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Bei der die Rampe kontaktierenden Komponente kann es sich um verschiedene Komponenten des Fahrzeugs handeln. In einer Ausführungsform handelt es sich hierbei um eine Komponente des Antriebstrangs, insbesondere um ein Getriebegehäuse. Die Rampe des Hilfsrahmens interagiert somit mit einem Teil des Antriebstrangs und insbesondere eine reine Kraftkomponente des Antriebstrangs in X-Richtung lässt sich so in eine große Z-Kraft umwandeln. Dies ermöglicht es insbesondere, mit relativ kleinen Motoren, welche sich kinematisch anders verhalten als größere Motoren, ein robustes Ablösen des Hilfsrahmens zu Erreichen. Dies erhöht die Insassensicherheit und kann vorteilhaft als Bestandteil zukünftig verbesserter Sicherheitsstrategien für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden.
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Dabei kann der Hilfsrahmen von verschiedenen Bauteilen des Kraftfahrzeugs gelöst werden. Insbesondere kann es sich hierbei um einen Unterboden und/oder einen Längsträger handeln. Vorzugsweise ist die Chassis-Anordnung im Frontbereich des Kraftfahrzeugs vorgesehen, so dass es sich bei dem Hilfsrahmen um einen Front-Hilfsrahmen handelt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Rampe nach vorne unten geneigt und die Kraft ist in Z-Richtung ist nach unten gerichtet. Trifft eine Komponente des Antriebstrangs von vorne auf diese Rampe, werden die Rampe und damit der Hilfsrahmen in diesem Bereich nach unten gedrückt, wodurch sich der Hilfsrahmen durch eine Zugkraft in Z-Richtung von einem Bauteil des Fahrzeugs löst. In einer solchen Ausführungsform ist der Hilfsrahmen unterhalb seiner Befestigungsstelle angeordnet und reißt nach unten von dieser ab.
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Es könnten jedoch auch Rampen mit anderen Steigungen vorgesehen werden, welche den Hilfsrahmen in die Richtung seiner Befestigungsstelle bewegen und diese dort beispielsweise durch ein Blech drücken. Somit könnte eine Rampe bei entsprechender Ausgestaltung der gesamten Chassis-Anordnung auch nach vorne oben geneigt und die Kraft in Z-Richtung dann nach oben gerichtet sein.
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Die Rampe ist beispielsweise in einem Winkel zwischen 10° bis 45° zur Horizontalen geneigt. Dabei können eine oder mehrere Rampen vorgesehen werden, und eine Rampe kann in die Struktur des Hilfsrahmens integriert sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die Rampe durch ein separates Element gebildet sein, welches an dem Hilfsrahmen befestigt ist. Hierbei kann es sich insbesondere um ein schräg angebrachtes Blech oder ein keilförmiges Element handeln. Die Kontaktfläche der Rampe kann gleichzeitig um die Längsachse gedreht oder gewölbt sein, um individuelle Antriebsstranggrößen und Kinematiken (Rotationen um die x/y/z-Achse) im Frontalaufprall abdecken zu können.
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Die Rampe kann an den Hilfsrahmen angeschweißt, angeklebt und/oder angeschraubt sein. Denkbar ist auch eine Hilfsstruktur zwischen Hilfrahmen und Rampe, um Abstände zwischen Rampe und Hilfsrahmen zu überbrücken falls erforderlich. Diese Hilfstruktur kann falls erforderlich Lasten über eine größere Fläche in den Hilfsrahmen einleiten und somit verteilen. Eine Rampe kann auch nachträglich an einem Hilfsrahmen angebracht werden. Dabei kann die benötigte Position der Rampe gezielt gewählt werden. Sofern eine Kombination aus Hilfsrahmen und Antriebstrang im Fall eines Aufpralls des Fahrzeugs kein zuverlässiges Ablösen des Hilfsrahmens ermöglicht, kann das robuste Ablösen auf diese Weise auch an einem solchen Fahrzeug ermöglicht werden.
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In Abhängigkeit von auftretenden Lastniveaus kann das Material der Rampe und der Hilfsstruktur variieren. Denkbar sind hochfeste Stähle, aber auch Leichtbaumaterialien (Aluminium, Magnesium) oder entsprechend ausgeformte Nylonblöcke. Falls erforderlich können dezidiert hitzebeständige Materialien verwendet werden.
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Von der Erfindung umfasst ist auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Chassis-Anordnung gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen. Mit einem solchen Kraftfahrzeug lassen sich hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, da seine Chassis-Anordnung bei einem Frontaufprall des Fahrzeugs ein robustes Ablösen des Hilfsrahmens gewährleistet.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Chassis-Anordnung mit einem Hilfsrahmen ohne erfindungsgemäße Rampe,
- 2 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Chassis-Anordnung mit einem Hilfsrahmen mit erfindungsgemäßer Rampe, und
- 3 eine dreidimensionale Ansicht einer Chassis-Anordnung gemäß 2.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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Die in der 1 gezeigte Chassis-Anordnung befindet sich vorzugsweise im Frontbereich eines nicht dargestellten Fahrzeugs, wobei die Front des Fahrzeugs in der 1 rechts liegt. Die X-Richtung verläuft in Längsrichtung des Fahrzeugs, während die Z-Richtung vertikal durch das Fahrzeug verläuft. Die Chassis-Anordnung weist einen Hilfsrahmen 11 auf, der an einem Bauteil des Fahrzeugs befestigt ist. Bei diesem Bauteil handelt es sich um einen Längsträger 30 des Fahrzeugs. Der Hilfsrahmen 11 ist über wenigstens eine nicht im Detail dargestellte Befestigungsstelle mit diesem Längsträger 30 verbunden. Der Bereich dieser Befestigungsstelle ist in der 1 mit einem gestrichelten Kreis und der Bezugsziffer 20 gekennzeichnet. Der Hilfsrahmen 11 befindet sich unterhalb dieser Befestigungsstelle 20. Vorzugsweise sind mehrere solcher Befestigungsstellen vorgesehen, wobei der Hilfsrahmen 11 neben dem Längsträger 30 auch mit verschiedenen anderen Bauteilen des Fahrzeugs verbunden sein könnte.
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Die Befestigungsstellen 20 sind jeweils lösbar, wenn an dem Punkt eine ausreichend große Kraft in Z-Richtung auf die Befestigungsstelle wirkt. Diese Lösbarkeit kann durch an sich bekannte Maßnahmen realisiert werden, welche dem Fachmann in diesem Bereich bekannt sind. Dabei können auch lösbare und nicht lösbare Befestigungsstellen vorgesehen werden.
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Im Bereich der Chassis-Anordnung befindet sich eine Komponente eines Antriebstrangs, wobei es sich um ein Getriebegehäuse 50 handelt. Dieses Getriebegehäuse 50 befindet sich relativ nahe an der vorderen Kante des Hilfsrahmens 11, berührt diese jedoch im Normalbetrieb des Fahrzeugs nicht. Der Hilfsrahmen 11 der 1 weist keine erfindungsgemäße Rampe auf. Kommt es bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs zu einer Bewegung des Antriebstrangs in X-Richtung auf den Hilfsrahmen zu, reicht die resultierende Kraftkomponente 60 in X-Richtung unter Umständen nicht aus, um den Hilfsrahmen 11 an seiner Befestigungsstelle 20 zu lösen.
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Eine erfindungsgemäße Chassis-Ordnung weist daher an einem solchen ansonsten unveränderten Hilfsrahmen eine Rampe zur Umwandlung der Kräfte auf. Eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer solchen Chassis-Anordnung ist schematisch in 2 gezeigt. 3 zeigt die erfindungsgemäße Lösung in einer dreidimensionalen Ansicht. Der Aufbau der Chassis-Anordnung entspricht im Wesentlichen dem anhand der 1 beschriebenen Aufbau. Die erfindungsgemäße Ausführungsform eines Hilfsrahmens wird jedoch mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet und weist in ihrem vorderen Bereich eine Rampe 40 auf. Diese Rampe 40 ist in X-Richtung vorne nach unten geneigt und wird durch eine Struktur gebildet, die auf verschiedene Arten ausgeformt sein kann. Beispielsweise kann es sich um ein Blech handeln, welches geneigt an der vorderen Seite des Hilfsrahmens 10 angebracht ist. Die Rampe 40 verläuft in einem Winkel α zwischen 10° und 45° zur Horizontalen.
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Bewegt sich eine Komponente des Antriebstrangs wie das Getriebegehäuse 50 bei einem Frontalaufprall in X-Richtung auf den Hilfsrahmen 10 zu, trifft es auf die Rampe 40, wodurch die Kraft der Bewegung in eine Kraftkomponente 60 in X-Richtung und eine Kraftkomponente 70 in Z-Richtung umgewandelt wird. Dabei trifft das Getriebegehäuse beispielsweise mit einem Vorsprung 51 auf die Rampe 40. Durch die so erzeugte Kraftkomponente 70 in Z-Richtung wird die vordere Seite des Hilfsrahmens 10 nach unten gedrückt, wodurch er sich an seiner Befestigungsstelle von dem Längsträger 30 löst.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hilfsrahmen mit Rampe
- 11
- Hilfsrahmen ohne Rampe
- 20
- Befestigungsstelle
- 30
- Bauteil, Längsträger
- 40
- Rampe
- 50
- Getriebegehäuse
- 51
- Vorsprung
- 60
- Kraftkomponente X-Richtung
- 70
- Kraftkomponente Z-Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0314807 A1 [0004]
- US 7229099 B2 [0005]
- US 2013/0270861 A1 [0006]
- US 9216768 B1 [0007]
- EP 2985208 A1 [0007]
- US 9352785 B2 [0008]
