DE4030921A1

DE4030921A1 - Rahmenstruktur fuer einen kraftfahrzeug-endbereich

Info

Publication number: DE4030921A1
Application number: DE4030921A
Authority: DE
Inventors: Holger-Michael Dipl Ing Thum
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1990-09-29
Publication date: 1991-04-11
Anticipated expiration: 2010-09-30
Also published as: US5071188A; DE4030921C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Rahmenstruktur gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dabei kann es sich um eine Rahmenstruktur für den vorderen oder hinteren Endbereich des Kraftfahrzeugs handeln.

Eine Rahmenstruktur mit dem gattungsgemäßen Aufbau ist aus der US-PS 20 47 336 bekannt. Sie ist schräg nach unten weisend ausgebil det, so daß bei einem Auffahrunfall (Crash) hohe Biegebeanspruchungen auftreten, die eine gezielte Umsetzung von kinetischer Energie in Verformungsarbeit praktisch unmöglich machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Rahmen struktur zu schaffen, die einerseits einen hohen Verformungswider stand besitzt, so daß sie als vormontierte Einheit, gegebenenfalls komplettiert mit Antriebsmotor und Achslenkern, mit einem angrenzen den Fahrzeugbereich verbunden werden kann, und andererseits ein günstiges Verformungsverhalten bei einem Crash besitzt, insbesondere die Einstellung einer bestimmten Kraft-Weg-Kennlinie zuläßt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einer gattungs gemäßen Rahmenstruktur mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent anspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Infolge Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Rahmenstruktur aus schließlich aus Trägerdreiecken in oktaederartiger Anordnung ergibt sich einerseits die Möglichkeit der Schaffung einer formsteifen Rahmenstruktur für den vorderen oder hinteren Endbereich des Fahr zeugs und ergibt sich andererseits die Möglichkeit, unter Ausnutzung der Symmetrieverhältnisse insbesondere in den weiteren Trägerdrei ecken, die sich also in erster Linie in Längsrichtung des Fahrzeugs erstrecken, eine fallende Kraft-Weg-Kennlinie für die Deformation bei einem Crash zu schaffen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 perspektivisch schräg von vorn oben die Rahmenstruktur für den Motorraum eines Personenkraftfahrzeugs,

Fig. 2 in derselben Richtung, jedoch in Explo sionsdarstellung, eine etwas andere Aus führung dieser Rahmenstruktur,

Fig. 3 im Ursprungszustand und

Fig. 4 bei einem Crash die Form eines der wei teren Trägerdreiecke.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist die erfindungsgemäße Rahmen struktur allgemein mit 1, dagegen der angrenzende Fahrzeugbereich (die Fahrgastzelle) allgemein mit 2 bezeichnet. Die Rahmenstruktur 1 besitzt die Form eines achtflächigen Körpers und ist also aus acht Trägerdreiecken zusammengesetzt. Die drei vorderen Träger 3, 4 und 5 bilden das abschlußseitige Trägerdreieck 6, die drei an den Fahrgastraum 2 angrenzenden Träger 7, 8 und 9 das Anschlußträger dreieck 10. Wie unmittelbar aus Fig. 1 ersichtlich, verläuft der Querträger 3 des Abschlußträgerdreiecks 6 unten, dagegen der Quer träger 7 des - sich übrigens parallel zu dem Trägerdreieck 6 erstrec kenden - Anschlußträgerdreiecks 10 oben, so daß die beiden Dreiecke 6 und 10 mit Scheitelspitzen nach entgegengesetzten Richtungen (oben bzw. unten) weisen.

Über Knoten 11, 12 und 13 bzw. 14, 15 und 16 sind die die beiden Trägerdreiecke 6 und 10 bildenden Träger nicht nur jeweils mitein ander, sondern auch mit weiteren Trägern 17, 18, 19, 20, 21 und 22 verbunden, die die beiden beschriebenen Trägerdreiecke 6 und 10 starr in Längsrichtung des Fahrzeugs gegeneinander versetzt halten und ihrerseits weitere Trägerdreiecke 23, 24, 25, 26, 27 und 28 zusammen mit den Trägern 3, 4 und 5 sowie 7, 8 und 9 der beiden Trägerdreiecke 6 und 10 bilden. Die Rahmenstruktur 1 besteht also aus insgesamt acht Dreiecken, die einen starren Verbund bilden, der als vorgefertigte Montageeinheit an den Knoten 14, 15 und 16 mit dem angrenzenden Fahrzeugbereich 2 verbunden werden kann. Infolge der Steife der Rahmenstruktur 1 können die Verbindungen an den Knoten 14, 15 und 16 elastische Zwischenlagen zur Verringerung der Schallübertragung in die Fahrgastzelle enthalten. Auch brauchen die Träger miteinander in den Knoten nicht starr verbunden zu sein.

Von der Struktur des angrenzenden Fahrzeugbereichs 2 sind in Fig. 1 nur die beiden A-Säulen 29 und 30, ein mittlerer Bodenträger 31 zur Abstützung des Knotens 15 sowie Türträger 32 und 33 angedeutet, die etwa parallel zur Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufen und zur Abstützung der Knoten 14 und 16 dienen.

Infolge der Stabilität der Rahmenstruktur 1 können die Träger 17 und 22, d. h. die unteren weiteren Träger, zur Befestigung von Achslenkern 34 und 35 ausgelegt sein, während die seitlichen weiteren Träger 18 und 20 mit Federbeinaufnahmen 36 und 37 an sich bekannten und daher hier im einzelnen nicht darzustellenden Aufbaus bestückt sind.

Bereits an dieser Stelle sei eingefügt, daß die sich zwischen den beiden Dreiecken 6 und 7 erstreckenden weiteren Träger 17 bis 22 als Deformationsträger ausgebildet sind, die eine Umsetzung von kinetischer Energie in Verformungsarbeit bei einem Crash sicherstel len.

In Fig. 2 ist das Abschlußträgerdreieck mit 40 und das Anschlußträ gerdreieck mit 41 bezeichnet. Während das Abschlußträgerdreieck 40 den bereits anhand Fig. 1 erläuterten Aufbau besitzt, ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 das Anschlußträgerdreieck 41 in zweierlei Hinsicht abweichend gestaltet: Der Querträger 42 verläuft etwas vor der eigentlichen Ebene des Trägerdreiecks 41, da er, wie aus der Explosionsdarstellung im oberen Bereich der Fig. 2 ersichtlich, als gleichzeitiger Bestandteil des oberen Trägerdrei ecks 43 in eine Motorhaube des Fahrzeugs integriert ist. Der zweite Unterschied des Anschlußträgerdreiecks 41 gegenüber dem entsprechen den Dreieck in Fig. 1 besteht darin, daß der untere Knoten, in Fig. 2 mit 44 bezeichnet, im wesentlichen durch die querverlaufende, konvex nach oben gekrümmte Trägerbrücke 45 (die erheblich kürzer als der Träger 42 ist) in Verbindung mit dem gestreckten Schließ träger 46 gebildet ist. Während demgemäß in Fig. 1 zur Abstützung des dort mit 15 bezeichneten Knotens ein einziger mittlerer Boden träger 31 vorgesehen ist, zeigt die Ausführungsform nach Fig. 2 infolge der Aufspaltung des Knotens 44 in zwei relativ dicht beiein anderliegende Knoten 44′ und 44′′ zwei derartige mittlere Längsträger 47 und 48.

Die Träger 49 und 50 des unteren Trägerdreiecks 51 sind durch den zusätzlichen Querträger 52 zu einer Einheit zusammengefaßt, die, wie der untere Teil der Explosionsdarstellung der Fig. 2 erkennen läßt, einen Vormontage-Hilfsrahmen für einen nicht dargestellten Antriebsmotor, insbesondere eine Brennkraftmaschine, des Kraftfahr zeugs bildet.

Ergänzend sei bemerkt, daß die Knoten 53 und 54 verständlicherweise wieder dem Anschluß an einen in Fig. 2 nicht dargestellten, benach barten Kraftfahrzeugbereich dienen.

Aus der Darstellung der Fig. 2 ist besonders deutlich ersichtlich, daß die Erfindung nicht nur die bereits beschriebenen Vorteile hinsichtlich Steifigkeit und Verhalten im Crash besitzt, sondern daß sie sich auch bei modernen Montagekonzepten (Bildung von Vormon tageeinheiten) mit Vorteil einsetzen läßt.

Die Fig. 3 und 4 dienen der Erläuterung des Crash-Verhaltens am Beispiel eines der weiteren Trägerdreiecke, hier des in Fig. 1 mit 23 bezeichneten. Wie bei 23′ durch Schraffur angedeutet, können die Träger jedes der Trägerdreiecke oder einzelner derselben durch Blechtafeln verbunden sein.

Im Ausgangszustand ist das Trägerdreieck 23 ein gleichschenkliges (oder gleichseitiges) Dreieck mit dem Scheitelwinkel α. Die als Deformationsträger, also in Richtung ihrer Achse beispielsweise durch Faltenbeulung verformbar ausgebildeten Träger 17 und 18 sind am Knoten 13 beispielsweise durch Teleskopführungen 60 und 61 so geführt, daß ein Ausknicken bei der durch einen Crash ausgeübten, in Fig. 4 durch den Pfeil 62 angedeuteten Kraft ausgeschlossen ist. Dann bedeutet die Verformung der Träger 17 und 18 eine Ver größerung des Scheitelwinkels α auf den Wert α′, (Fig. 4), so daß bei weiterer Verformung, konstante mittlere Faltenbeulkraft ange nommen, sich die in Richtung der Achsen der Träger 17 und 18 erstrec kenden Kraftkomponenten verringern und demgemäß die Kraft-Weg-Kenn linie etwa einer Kosinusfunktion folgt.

An dieser Stelle sei eingeführt, daß verständlicherweise die Deforma tion der Träger auch auf andere Weise erfolgen kann, beispielsweise durch Rohraufweitung oder -schlitzung. Im Prinzip können die Defor mationsträger auch als hydraulische Dämpfer ausgebildet sein.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Rahmenstruktur ist in diesem Zusammenhang darin zu sehen, daß auch bei einem Offset-Crash noch ein großer Teil der als Deformationsträger ausgebildeten weiteren Träger wirksam bleibt.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Rahmenstruktur geschaffen, die nicht nur im normalen Betrieb des Fahrzeugs, sondern auch für sich allein eine hohe Stabilität besitzt, so daß sie als mit Fahrzeugeinrichtungen ausgerüstete Vormontageeinheit an einen benachbarten Fahrzeugbereich angeschlossen werden kann, und die außerdem ein günstiges Verhalten im Crash zeigt.

Claims

1. Rahmenstruktur für einen Endbereich eines Kraftfahrzeugs mit Trägerdreiecken, die miteinander und einem angrenzenden Fahrzeug bereich in Knoten verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (1) ausschließlich Trägerdreiecke (6, 10, 23, 24, 25, 26, 27, 28) in oktaederartiger Anordnung enthält, von denen ein fahrzeugendseitiges Abschlußträgerdreieck (6) mit einer Scheitelspitze (12) nach oben, dagegen ein zu diesem etwa paral lel verlaufendes, dem angrenzenden Fahrzeugbereich (2) benach bartes Anschlußträgerdreieck (10) mit einer Scheitelspitze (15) nach unten weist, und daß weitere Trägerdreiecke (23, 24, 25, 26, 27, 28) durch Träger (3, 4, 5; 7, 8, 9) der Ab- und Anschluß trägerdreiecke (6, 10) sowie sich zwischen Spitzen (11, 12, 13; 14, 15, 16) derselben erstreckende weitere Träger (17, 18, 19, 20, 21, 22) gebildet sind.

2. Rahmenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Träger (17, 18, 19, 20, 21, 22) als Deformations träger zur Energieumwandlung bei einem Crash ausgebildet sind.

3. Rahmenstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich von Knoten (13) Führungen (60, 61) zur Einleitung in Richtung ihrer Achse verlaufender Deformationen der Deforma tionsträger (17, 18) beim Crash vorgesehen sind.

4. Rahmenstruktur nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch teleskop artige Führungen (60, 61).

5. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die nach unten weisende Scheitelspitze (44) des Anschlußträgerdreiecks (41) im wesentlichen durch eine quer verlaufende Trägerbrücke (45) realisiert ist.

6. Rahmenstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerbrücke (45) nach oben konvex gekrümmt ist und ihre Enden durch einen gestreckten Schließträger (46) verbunden sind.

7. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Träger (17, 18) zumindest einzelner Trägerdrei ecke (23) durch Blechtafeln (23′) verbunden sind.

8. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Anschlußträgerdreieck (10) einen Bestandteil einer Querwand, insbesondere einer Spritzwand, des Fahrzeugs bildet.

9. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß ein oberes Trägerdreieck (43) in eine Klappe, insbesondere eine Motorhaube, des Fahrzeugs integriert ist.

10. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß ein unteres Trägerdreieck (51) einen Hilfsrahmen zur Aufnahme eines Antriebsmotors und/oder zur Befestigung von Achslenkern (34, 35) des Fahrzeugs bildet.

11. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die zwischen den unteren Spitzen (11, 13) des Abschlußträgerdreiecks (6) und den oberen Spitzen (14, 16) des Anschlußträgerdreiecks (10) verlaufenden Träger (18, 20) mit Federbeinaufnahmen (36, 37) versehen sind.

12. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Scheitelspitze (15) des Anschlußträgerdrei ecks (10) durch zumindest einen mittleren Längsträger (31) des Fahrzeugs gestützt ist.

13. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die oberen Spitzen (14, 16) des Anschlußträger dreiecks (10) durch im wesentlichen horizontal verlaufende Türträger (32, 33) des Fahrzeugs gestützt sind.

14. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß einzelne Trägerdreiecke (51) zusätzliche Verstei fungsträger (52) enthalten.

15. Rahmenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verbindungen der Rahmenstruktur (1) mit dem angrenzenden Fahrzeugbereich (2) elastische Zwischenlagen enthal ten.