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Die Erfindung betrifft die Vorderwagenstruktur eines Kraftfahrzeugs. An die Struktur des Vorderwagens eines Kraftfahrzeugs werden eine Vielzahl unterschiedlichster Anforderungen gestellt. Diese betreffen beispielsweise das Verformungsverhalten des Kraftfahrzeugs im Falle eines Unfalls. Allerdings spielt auch das Verbindungsverhalten eines Vorderwagens im normalen Betrieb eine nicht unerhebliche Rolle. So wirkt sich die Verbindungssteifigkeit des Vorderwagens signifikant auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs aus. Insbesondere bei schnellen aufeinanderfolgenden bzw. ruckartigen Lenkbewegungen führt ein zu „weicher“ Vorderwagen zu einem unbefriedigenden Fahrverhalten. Allerdings auch in anderen Situationen, wie beispielsweise einer Fahrt durch eine enge Baustelle, wirkt sich ein zu „weicher“ Vorderwagen negativ aus, insbesondere vermittelt er ein unsicheres Fahrgefühl.
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Bei modernen selbsttragenden Karosserien, die in der Regel eine aus Blechen und Profilen gebildete, selbsttragende Struktur aufweisen, führt dies dazu, dass die im Bereich des Vorderwagens verwendeten Bleche und Profile entsprechende Wandstärken aufweisen müssen, um eine ausreichende Steifigkeit zu gewährleisten.
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Dies betrifft insbesondere Fahrzeuge, bei denen unterhalb der Karosserie im Bereich des Vorderwagens ein Hilfsrahmen angeordnet ist. An einem solchen Hilfsrahmen werden insbesondere die Radaufhängungen befestigt. Der Hilfsrahmen kann insbesondere von der Karosserie des Kraftfahrzeugs akustisch entkoppelt sein.
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Bei der Verwendung derartiger Hilfsrahmen erfolgt die Krafteinleitung vom Hilfsrahmen an den Befestigungspunkten, an denen der Hilfsrahmen mit der Karosserie verbunden ist. Entsprechend müssen die Karosseriebereiche, welche diese Befestigungspunkte untereinander und mit der Kraftfahrzeugkarrosserie verbinden, verstärkt werden, um die von dem Hilfsrahmen an die Karosserie weitergeleiteten Kräfte aufzunehmen. Dies betrifft vergleichsweise große Bereiche, insbesondere des hinteren Bereichs des Vorderwagens, die sich annähernd über die gesamte Höhe und Breite der Karosserie am hinteren Ende des Vorderwagens, erstrecken. Darüber hinaus sind Karosseriebereiche, welche zumindest zum Teil die Radhäuser bilden sowie die sich zur Kraftfahrzeugfront hin erstreckenden Längsträger der Karosserie betroffen.
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Die insgesamt große Fläche der betroffenen Blechbereiche sorgt dafür, dass eine Versteifung durch eine höhere Blechdicke mit einer entsprechend starken Gewichtszunahme verbunden ist.
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Bereits aus der vorstehend zitierten Druckschrift ist bekannt, dass bei der Verwendung von Hilfsrahmen die Steifigkeit erhöht werden kann, indem der Hilfsrahmen mit der Karosserie über Streben, die eine Strebenanordnung bilden, verbunden wird. Die
DE 10 2011 102 434 A1 zeigt die Verwendung entsprechender Streben zur Aussteifung des Vorderwagens, allerdings verbinden die Strebenanordnungen dort keinen Hilfsrahmen mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs, sondern steifen den Vorderwagen eines offenen Kraftfahrzeugs aus, indem sie Schubfelder bilden. Für eine Verbesserung der Aufnahme von Kräften, wie sie bei ruckartigen Lenkbewegungen in dem von der Vorderwagenstruktur umfassten Karosseriebereich einer Kraftfahrzeugkarosserie wirken, sind die aus dem Stand der Technik bekannten Strebenanordnungen ebenfalls nicht geeignet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorderwagenstruktur eines Kraftfahrzeugs aufzuzeigen, welche eine ausreichende Steifigkeit, insbesondere bei ruckartigen Lenkbewegungen, aufweist, ein sichereres Fahrgefühl vermittelt und dabei gleichzeitig ein niedriges Gewicht aufweist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Vorderwagenstruktur mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Vorderwagenstruktur umfasst einen Karosseriebereich einer Karosserie des Kraftfahrzeugs, wobei der Karosseriebereich zwei jeweils an einer Seite des Kraftfahrzeugs angeordnete Radhäuser umfasst. Unterhalb des Karosseriebereichs ist ein Hilfsrahmen angeordnet. Dieser ist an dem Karosseriebereich befestigt. An dem Hilfsrahmen sind zwei jeweils an einer Seite des Kraftfahrzeugs angeordnete Radaufhängungen befestigt. Zur Versteifung des Vorderwagens weist die Vorderwagenstruktur eine Strebenanordnung auf. Diese ist dazu ausgebildet, Kräfte, die durch die Radaufhängung in den Hilfsrahmen eingeleitet werden, zumindest teilweise weiterzuleiten und jeweils in einem Bereich des der jeweiligen Radaufhängung gegenüberliegenden Radhauses in die Karosserie einzuleiten. Mit anderen Worten, die Strebenanordnung ist dazu ausgebildet, Kräfte, die durch die Radaufhängung des linken Rades in den Hilfsrahmen eingeleitet werden, vom linken Bereich des Hilfsrahmens weiterzuleiten im Bereich des rechten Radhauses in die Karosserie einzuleiten und Kräfte, die durch die Aufhängung des rechten Vorderrades in den Hilfsrahmen eingeleitet werden, vom rechten Bereich des Hilfsrahmens weiterzuleiten und im Bereich des linken Radhauses in die Karosserie einzuleiten. Mit anderen Worten, die Kräfte werden „über Kreuz“ vom Hilfsrahmen in die Karosserie eingeleitet. Dies führt gerade bei ruckartigen Lenkbewegungen zu einer erheblichen Versteifung des Vorderwagens.
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Bei der Strebenanordnung handelt es sich um eine Anordnung aus Streben. Unter den Streben werden langgestreckte, zumindest im Wesentlichen gerade und starre Bauelemente verstanden, die in der Lage sind, entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung Zug- und/oder Druckkräfte weiterzuleiten. Die Eigenart derartiger Streben ist es, dass sie relativ zu ihrem Gewicht vergleichsweise große Druck- und/oder Zugkräfte entlang ihrer Erstreckungsrichtung übertragen können. Die Kräfte werden durch die Streben der Strebenanordnung diagonal durch den Vorderwagen, d.h. auf vergleichsweise direktem Wege, weitergeleitet. Daher kann mit der Strebenanordnung eine Versteifung des Vorderwagens mit einem geringeren Gewichtszuwachs erreicht werden, als es bei einer Versteifung des Vorderwagens durch eine Erhöhung der Blechdicken in den beanspruchten Bereichen der Fall wäre.
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Die Krafteinleitung in die Karosserie erfolgt insbesondere in Blechbereiche der Karosserie, die jeweils zumindest einen Teil des Radhauses bilden. Die Einleitung erfolgt dabei insbesondere in Bereichen, die oberhalb von Längsträgern der Karosserie, die sich längs durch den Vorderwagen erstrecken, angeordnet ist. Hierdurch lässt sich insbesondere der „diagonale Kraftfluss“ in vorteilhafter Weise realisieren. Die Blechbereiche können Blechbereiche sein, die lediglich einen Teil des Radhauses bilden. Dabei bietet sich für den Ort der Kraftanlegung insbesondere ein Bereich des Radhauses an, der den Federbeindom mit einem Längsträger der Karosserie verbindet. Derartige Bereiche sind regelmäßig entsprechend mechanisch belastbar ausgelegt, so dass sie sich für die Krafteinleitung anbieten. Die Krafteinleitung erfolgt bei einer derartigen Anordnung im Bereich der Federbeindome.
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Vorteilhafterweise können die Radhäuser Verstärkungen aufweisen. Die Verstärkungen können beispielsweise in Gestalt von Zugbändern ausgeführt sein. Es kann vorteilhaft sein, die Kräfte von der Strebenanordnung über diese Verstärkungen in die Karosserie einzuleiten. Die Strebenanordnung ist in diesem Fall an diesen Verstärkungen befestigt. Hierbei können zwischen den Streben und den Verstärkungen noch Verbindungselemente vorgesehen sein, wie beispielsweise Halteböcke. Es versteht sich, dass derartige Verbindungselemente zwischen Streben und Karosserie auch dann zum Einsatz kommen können, wenn die Einleitung der Kräfte in die Karosserie nicht über Verstärkungen der Radhäuser erfolgt.
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Der Hilfsrahmen kann Längsträger aufweisen. Die Strebenanordnung ist insbesondere an den Längsträgern des Hilfsrahmens befestigt. Der Hilfsrahmen kann insbesondere aus Blechschalen zusammengesetzt sein. Diese können Hohlprofile bilden, welche insbesondere den Längsträgern eine steife Struktur verschaffen. Die Längsträger können durch Querträger verbunden sein. Diese befinden sich insbesondere im Bereich der Lenkung. Die Strebenanordnung ist insbesondere im Bereich der Querträger am Hilfsrahmen befestigt. Ebenfalls kann der Hilfsrahmen ein bodenseitiges Schutzblech zum Schutz der Lenkung aufweisen.
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Die Strebenanordnung kann einen Strebenknoten aufweisen, von dem zwei Streben zu den Radhäusern des Vorderwagens und zwei Streben zu dem Hilfsrahmen führen. Eine derartige Strebenanordnung mit einem Strebenknoten ermöglicht es, den Verlauf der Streben aus einer Ebene heraus zu verlagern. Eine derartige Anordnung ist dann im Innenraum des Vorderwagens weniger störend, als es beispielsweise zwei diagonale Streben wären, die den Hilfsrahmen mit der Karosserie verbinden. Anschaulich bedeutet dies, dass wenn die Verbindungspunkte der Streben mit dem Hilfsrahmen und der Karosserie eine Ebene definieren, die Streben die Kanten einer Art flachen, vierseitigen Pyramide darstellen, deren Spitze der Strebenknoten ist. Von diesem Strebenknoten können die Streben vom Strebenknoten - zumindest im Wesentlichen - vertikal und in Fahrzeugquerrichtung zum Hilfsrahmen verlaufen. Zwei Streben können in einer zumindest im Wesentlichen vertikalen Ebene vom Strebenknoten zum Hilfsrahmen verlaufen. Zwei Streben können in einer, zumindest im Wesentlichen, horizontalen Ebene vom Strebenknoten zu dem Radhäusern verlaufen. Ein derartiger Verlauf der Streben wirkt sich insbesondere günstig auf die Nutzungsmöglichkeiten im Innenraumen des Vorderwagens aus.
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Streben, insbesondere sämtliche Streben, der Strebenanordnung können im Bereich des Strebenknotens an einem Bauteil des Kraftfahrzeugs befestigt sein. Die Befestigung an einem Bauteil, insbesondere an einem Punkt des Bauteils, sorgt für einen stabilen Kraftfluss.
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Bei dem Bauteil kann es sich um einen Querträger, insbesondere einen Schlossquerträger, handeln. Unter einem Schlossquerträger ist ein Querträger zu verstehen, an dem ein Motorhaubenschloss angeordnet ist. Das Bauteil, insbesondere der Schlossquerträger, kann aus Kunststoff sein. Querträger aus Kunststoff zeichnen sich durch ein niedriges Eigengewicht aus. Zudem können, beispielsweise durch die Verwendung eines Spritzgussverfahrens bei der Herstellung eines Querträgers, komplizierte Geometrien in einfacher Weise dargestellt werden. Um die Krafteinleitung zu verbessern, kann der Querträger ein Verstärkungselement aufweisen.
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Das Verstärkungselement ist insbesondere im Bereich der Einleitung der von den Streben übertragenen Kräfte in das Bauteil angeordnet. Das Verstärkungselement kann aus Metall und/oder Organoblech sein. Insbesondere kann das Verstärkungselement durch Umspritzen, beispielsweise im Rahmen eines Spritzgussverfahrens, mit dem Bauteil verbunden sein. Es versteht sich, dass auch bei der Verbindung zwischen den Streben und dem Bauteil Verbindungselemente, wie beispielsweise Befestigungswinkel, zum Einsatz kommen können, die zwischen dem Bauteil und den Streben angeordnet sind und die Kräfte entsprechend übertragen. Auch kann eine Mehrzahl Streben, wie beispielsweise die zu den Radhäusern führenden oder die zu dem Hilfsrahmen führenden Streben, an einem gemeinsamen Verbindungselement befestigt sein, welches wiederum mit dem Bauteil, insbesondere dem Schlossquerträger, verbunden sein kann.
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Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Elektrofahrzeug. Bei Elektrofahrzeugen herrschen andere Anforderungen an den konstruktiven Aufbau des Vorderwagens, so dass sich die Strebenanordnung besonders vorteilhaft zur Versteifung des Vorderwagens einsetzen lässt. Elektrofahrzeuge weisen eine andere Schwerpunktlage auf als konventionelle Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Daher hat die beschriebene Vorderwagenstruktur bei Elektrofahrzeugen ein besonders Vorteilhafte Auswirkungen auf das Verhältnis zwischen Gewicht und Steifigkeit des Vorderwagens.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine Vorderwagenstruktur eines Kraftfahrzeugs mit einer Strebenanordnung,
- 2 eine Detailansicht der Befestigung einer Strebe an der Karosserie im Bereich eines Radhauses,
- 3 die Verbindung der Strebenanordnung mit Schlossquerträger und Hilfsrahmen,
- 4 einen Schnitt durch die Verbindung zwischen Strebenanordnung und Schlossquerträger.
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Die in den Figuren beispielhaft dargestellte Vorderwagenstruktur 10 eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Karosseriebereich einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs. Der Karosseriebereich weist zwei jeweils an einer Seite des Kraftfahrzeugs angeordnete Radhäuser 12 auf. Weiterhin weist die Vorderwagenstruktur 10 einen Hilfsrahmen 14 auf, der unterhalb des Karosseriebereichs befestigt ist. Der Hilfsrahmen 14 kann dabei insbesondere unterhalb von Längsträgern 16, die ebenfalls Bestandteil der Vorderwagenstruktur 10 sind und insbesondere zu dem von der Vorderwagenstruktur 10 umfassten Karosseriebereich zählen, angeordnet sein. An dem Hilfsrahmen 14 werden die in den Figuren nicht näher dargestellten Radaufhängungen befestigt. Die ebenfalls nicht dargestellten Federbeine des Fahrwerks erstrecken sich zu den Federbeindomen 18.
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Die beispielhaft gezeigte Vorderwagenstruktur weist eine Strebenanordnung auf, die durch die Streben 20, 22, 24, 26 gebildet wird. Die Strebenanordnung ist dazu ausgebildet, Kräfte, die insbesondere bei ruckartigen Lenkbewegungen in den Hilfsrahmen eingeleitet werden, zumindest teilweise weiterzuleiten. Dabei werden die durch die nicht dargestellte Radaufhängung in den Hilfsrahmen 14 eingeleiteten Kräfte durch die Streben 20, 26 der Strebenanordnung zum gegenüberliegenden Radhaus 12 weitergeleitet. Die durch die ebenfalls nicht dargestellte rechte Radaufhängung in den Hilfsrahmen eingeleiteten Kräfte werden durch die Streben 24, 22 in im Bereich des ebenfalls der Radaufhängung gegenüberliegenden Radhauses 12 in die Karosserie eingeleitet.
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Die Krafteinleitung erfolgt dabei insbesondere in Blechbereiche der Karosserie, die wie im gezeigten Beispiel zumindest einen Teil des jeweiligen Radhauses 12 bilden.
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In 2 ist die Verbindung der Strebe 22 mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs im Detail dargestellt. Die Strebe 22 kann wie im dargestellten Beispiel über ein Verbindungselement 28 mit einer Verstärkung 30 des Radhauses 12 verbunden sein. Die Verbindung erfolgt insbesondere wie beispielhaft dargestellt im Bereich des jeweiligen Federbeindoms 18.
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In 3 insbesondere ist zu erkennen, wie die Streben 24 und 26 der Strebenanordnung am Hilfsrahmen 14 befestigt sind. Der Hilfsrahmen kann wie im gezeigten Beispiel zwei Längsträger 32 aufweisen. Die Längsträger 32 können durch Querträger 34 verbunden sein. Bevorzugt sind die Streben 24 und 26 wie dargestellt im Bereich des Querträgers mit dem Hilfsrahmen 14 verbunden. Im Bereich der Querträger 34 kann insbesondere die Lenkung angeordnet sein. Der Hilfsrahmen 14 kann wie im dargestellten Beispiel an den vorderen Enden der Längsträger 32 Crashplatten 36 aufweisen. An Befestigungspunkten 38 kann der Hilfsrahmen 14 mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden sein.
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Die Streben 24 und 26 sind insbesondere in einem Bereich des Hilfsrahmens 14 mit dem Hilfsrahmen 14 verbunden, in dem auch der Querträger 34 mit den Längsträgern 32 verbunden ist.
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Die Strebenanordnung kann wie im gezeigten Beispiel einen Strebenknoten aufweisen, in dem die Streben 20, 22, 24 und 26 zusammenlaufen. Von dem Strebenknoten werden die Streben 24 und 26 zum Hilfsrahmen 14 und die Streben 20 und 22 zu den Radhäusern 12 geführt.
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Wie im gezeigten Beispiel können die beiden Streben 20 und 22 in einer zumindest im Wesentlichen horizontalen Ebene vom Strebenknoten zu den Radhäusern 12 verlaufen, während die Streben 24 und 26 in einer im Wesentlichen vertikalen Ebene vom Strebenknoten zum Hilfsrahmen 14 verlaufen.
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Die Streben 20, 22, 24 und 26 können wie dargestellt im Bereich des Strebenknotens an einem Bauteil 40 befestigt sein. Bei dem Bauteil kann es sich wie im gezeigten Beispiel um einen Schlossquerträger handeln. Hierbei können die Streben 20, 22, 24 und 26 untereinander und/oder mit dem Bauteil 40 über Verbindungselemente verbunden sein. Im dargestellten Beispiel sind die Streben 20 und 22 über das beispielhaft als Befestigungswinkel ausgeführte Verbindungselement 42 verbunden.
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Im Detail ist die Verbindung der Strebenanordnung mit dem Bauteil 40 in 4 dargestellt. Um eine bessere Krafteinleitung zu ermöglichen, kann das Bauteil 40 wie dargestellt ein Verstärkungselement 44 aufweisen. Dies kann, wie dargestellt, beispielsweise durch Umspritzen, in das Bauteil 40 integriert sein. Das Verstärkungselement 44 kann ein metallisches Bauteil und/oder ein endlosfaserverstärktes Bauteil, insbesondere ein Organoblech, sein.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorderwagenstruktur
- 12
- Radhaus
- 14
- Hilfsrahmen
- 16
- Längsträger
- 18
- Federbeindom
- 20
- Strebe
- 22
- Strebe
- 24
- Strebe
- 26
- Strebe
- 28
- Verbindungselement
- 30
- Verstärkung
- 32
- Längsträger
- 34
- Querträger
- 36
- Crashplatte
- 38
- Befestigungspunkt
- 40
- Bauteil
- 42
- Verbindungselement
- 44
- Verstärkungselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011102434 A1 [0006]
