DE4040979A1 - Tragstruktur einer karosserie eines personenkraftwagens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine bekannte und üblicherweise verwendete Tragstruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens (DE-PS 24 08 548) be­ steht aus je einem in jedem Seitenbereich des Vorderwagens etwa waagrecht verlaufenden, vorderen Längsträger. An diesen Längsträgern oder an einem damit verbundenen Hilfsrahmen sind die Antriebsaggregate befestigt. Die Längsträger sind übli­ cherweise so ausgeführt, daß sie bei einem Frontaufprall durch eine Faltung und Verkürzung Aufprallenergie aufnehmen können.

Die Tragstruktur weist weiter je einen an den Fahrzeuglängs­ seiten im Bereich der Fahrgastzelle verlaufenden Schweller auf, wobei die Schweller tiefer liegen als die vorderen Längs­ träger. Am vorderen Schwellerende ist ein nach oben führen­ der, vorderer Türpfosten (A-Pfosten) angeordnet. Die Verbin­ dung zwischen dem vorderen Türposten nach vorne zum Längsträ­ ger hin wird meist nur relativ wenig steif über die Bleche des Radkastens hergestellt.

Eine stabile Verbindung besteht dagegen zwischen dem vorderen Schwellerende und dem hinteren Längsträgerende in der Form eines Winkelteils, da der Längsträger gegenüber dem zugeordne­ ten Schweller höher und weiter zur Fahrzeugmitte hin liegt.

Bei einem starken Frontalaufprall hat dies zur Folge, daß sich die Längsträger verformen und verkürzen und sich dadurch eine, insbesondere in Längsrichtung eingebaute, Motor-Getrie­ be-Einheit durch den Getriebetunnel in den Fahrgastinnenraum schiebt. Die Aufprallenergie wird dabei von den Längsträgern im wesentlichen über die steife Anbindung in stabile Schwel­ ler geleitet, damit die Fahrgastzelle möglichst unverformt bleibt. Wegen dieser winkeligen Anbindung wird aber die Fahr­ gastzelle, wenn sie sich in Aufprallrichtung über die in der Höhe am Hindernis weitgehend festliegende Motor-Getriebe-Ein­ heit schiebt, nach unten gedrückt, so daß sie im Extremfall am Boden aufsteht. Dadurch dringt die Motor-Getriebe-Einheit unerwünscht hoch in die Fahrgastzelle ein, was das Verlet­ zungsrisiko erhöht. Zudem ist dadurch der Verzögerungsweg der Fahrgastzelle gegenüber dem deformierbaren Vorderwagen einge­ schränkt, da die Motor-Getriebe-Einheit in einer bestimmten Höhe nicht beliebig in die Fahrgastzelle ohne Verletzungs­ risiko eindringen kann. Bei einem größeren Verzögerungsweg wäre die Belastung für die Insassen bei einem Frontaufprall verringert.

Bei einer bekannten Tragstruktur einer Karosserie eines Per­ sonenkraftwagens (DE-OS 16 30 315) sind die vorderen Längsträ­ ger an einem Schild, das die Fahrgastzelle nach vorne ab­ schließt, etwa in halber Fahrzeughöhe befestigt und schräg nach vorne unten gerichtet. Bei einem Frontalaufprall wird hier die Aufprallenergie nicht in Axialrichtung des Trägers eingeleitet, so daß dieser nicht geeignet ist, durch Falten Energie aufzunehmen. Der schräge Längsträger wird bei einem Frontaufprall lediglich nach unten abknicken, wodurch nur wenig Energie aufgenommen wird und die Fahrgastzelle im Bezug auf das Hindernis bzw. eine in die Fahrgastzelle eindringende Motor-Getriebe-Einheit in der Höhe praktisch keine Änderung erfährt.

Weiter ist eine Tragstruktur bekannt (DE-OS 35 22 447), bei der sich zur Vergrößerung des Vormontageumfangs Längsträger eines Fahrschemels bis unmittelbar hinter den Stoßfänger er­ strecken und bis zu einem hinteren Querträger des Fahrsche­ mels, der mit den vorderen Enden der Schweller verbunden ist. Die Längsträger des Fahrschemels sind über einen gekrümmten Träger mit der Mitte des Türpfostens verbunden, wobei dieser gekrümmte Träger am jeweiligen Längsträger relativ weit vor der Federbeinaufnahme angebunden ist und dort von oben her ge­ krümmt in einem rechten Winkel anschließt.

Im Falle eines starken Frontaufpralls sollen die auf die Längsträger des Fahrschemels einwirkenden Kräfte über dessen hinteren Querträger im wesentlichen in die Schweller eingelei­ tet werden (DE-OS 35 22 447, Seite 4, 4. Absatz), wobei der gekrümmte Träger zwischen Längsträger und Türpfosten einfach abknickt. Damit ergibt sich auch hier die übliche steife, win­ kelige Anbindung der gegenüber den Schwellern höher liegen­ den, vorderen Längsträger, so daß die Fahrgastzelle bei einem Frontaufprall auch bei dieser Konstruktion nach unten mit den eingangs geschilderten Nachteilen gedrückt wird und abtaucht.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine gattungsge­ mäße Tragstruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens so auszubilden, daß die Fahrgastzelle bei einem Frontalauf­ prall gegenüber dem deformierbaren Vorderwagen bzw. den An­ triebsaggregaten angehoben wird.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist die jeweilige Trägerverbindung zwischen dem vorderen Längsträger und der Mitte des Türpfostens als Kniehebelanordnung ausgeführt. Dabei ist ein stabiler, bei einem Frontaufprall weitgehend nicht verformbarer, insbesonde­ re in seiner Länge nicht verkürzbarer Kniehebel-Träger einer­ seits mit einem hinteren Endbereich des vor dem Türpfosten endenden vorderen Längsträgers in einem ersten Knotenpunkt und andererseits mit der Mitte des Türpfostens in einem zwei­ ten Knotenpunkt verbunden. Der Kniehebel-Träger schließt dabei mit dem vom Schweller nach oben weisenden Türpfosten einen spitzen Winkel ein.

Die Trägerverbindung zwischen dem vorderen Schwellerende und dem Längsträger ist im Vergleich zum Kniehebel-Träger weniger stabil ausgeführt. Bei einem Frontaufprall soll sich diese Trägerverbindung unter Energieaufnahme verformen, im Gegen­ satz zum Stand der Technik, wo diese Anbindung zur Kraftein­ leitung an die Schweller besonders stabil und steif ausge­ führt ist.

Der erste und zweite Knotenpunkt für den zugeordneten Kniehe­ bel-Träger sind als scharnierartige Schwenkverbindung ausge­ führt, wobei der stabile und weitgehend unverformbare Kniehe­ bel-Träger bei einem Frontaufprall in diesen Knotenpunkten schwenkbar, zur Einnahme einer mehr senkrechten Stellung ge­ halten ist, wenn der erste Knotenpunkt am Längsträger in Rich­ tung auf die Fahrgastzelle bewegt wird. Durch das Aufstellen des Kniehebel-Trägers in eine mehr senkrechte Stellung beim Frontaufprall wird die Fahrgastzelle am vorderen Türpfosten im zweiten Knotenpunkt abgestützt und angehoben.

Damit wird vorteilhaft erreicht, daß die Fahrgastzelle vom Fahrgestell und von den Aggregaten bei einem Frontaufprall besser entkoppelt wird, wobei das Getriebe nicht in den Fahr­ zeugboden eindringt. Die Zelle kann sich mehr über die Aggre­ gate schieben, wobei vor einer Verformung der Zelle ein größe­ rer Weg zur Verfügung steht. Zudem wird durch das Anheben der Zelle zusätzliche Aufprallenergie abgebaut. Insgesamt wird die Belastung bei einem Frontaufprall für die Insassen da­ durch verringert.

Die beanspruchte Tragstruktur ist besonders geeignet für Fahr­ zeugkarosserien, in denen eine Motor-Getriebe-Einheit in Längsrichtung eingebaut ist, wobei relativ große Verformungs­ wege zur Verfügung stehen. Grundsätzlich ist die erfindungsge­ mäße Anordnung aber auch bei Fahrzeugkarosserien mit quer lie­ gendem Motor einsetzbar.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird somit die Aufprall­ energie im wesentlichen über den Kniehebel-Träger und den vor­ deren Türpfosten in einen oberen Bereich der Fahrgastzelle geleitet und nicht mehr in die Schweller. Die vorderen Türpfo­ sten und die anschließenden Dachbereiche sind somit entspre­ chend stabil zu dimensionieren, wobei aber dann die Schweller und deren Anbindung zum Vorderwagen einfacher und weniger sta­ bil ausgeführt werden können.

Eine geeignete Schrägstellung für den Kniehebel-Träger im un­ belasteten Fall ergibt sich nach Anspruch 2 dann, wenn dieser mit dem Längsträger etwa im Längsbereich der Federbeinauf­ nahme verbunden ist.

Die Verbindung zwischen dem Längsträger und dem vorderen Schwellerende sowie zwischen dem Längsträger und dem vorderen Türpfosten müssen nicht an der gleichen Stelle des Längsträ­ gers erfolgen. Nach Anspruch 3 ist es jedoch konstruktiv zweckmäßig, diese Verbindungen in einen gemeinsamen Knoten­ punkt, insbesondere am hinteren Längsträgerende, anzubringen.

Nach Anspruch 4 soll der Türpfosten insbesondere im oberen Teil, wo die Krafteinleitung durch den Kniehebelträger er­ folgt, stabil ausgeführt sein, wobei auch der zweite Knoten­ punkt steif abzustützen ist, damit bei einem Frontaufprall möglichst keine unerwünschte Verschiebung des Türpfostens mit einer Verspannung der angeschlossenen Fahrzeugtür erfolgt.

Die Anbindung des Kniehebel-Trägers am ersten und zweiten Kno­ tenpunkt soll scharnierartig erfolgen, wobei zur Durchführung der Schwenkbewegung nur wenig Kraft aufgewendet werden soll, um dem Anheben der Fahrgastzelle wenig Kraft entgegenzuset­ zen. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, daß die Knoten­ punkte für den Kniehebelträger als tatsächliche Scharniere mit einem stabilen Bolzen ausgebildet sind. Eine solche Aus­ führung ist jedoch aufwendig und aufgrund von Toleranzen in den Schwenkverbindungen sowie akustischer Probleme nur schwie­ rig beherrschbar. Daher wird mit Anspruch 5 vorgeschlagen, daß die Knotenpunkte durchgehend ausgebildet sind, wobei durch Anbringen von Sicken und/oder Materialverdünnungen ein gezieltes Abknicken in den Knotenpunkten bzw. ein Schwenken des Kniehebel-Trägers mit nur relativ geringem Kraftaufwand möglich ist.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung mit weiteren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Tragstruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens im Bereich des Vorderwagens in einer Seitenansicht und

Fig. 2 die Tragstruktur nach Fig. 1 nach einem Frontalauf­ prall mit angehobener Fahrgastzelle.

In Fig. 1 ist in einer Seitenansicht die Tragstruktur 1 einer Karosserie 2 eines Personenkraftwagens im Bereich des Vorder­ wagens dargestellt. In jedem Seitenbereich ist dazu ein etwa waagrecht verlaufender, vorderer Längsträger 3 angebracht, der mit seinem hinteren Längsträgerende bzw. in einem ersten Knotenpunkt 4 über eine Trägerverbindung 5 mit dem vorderen Schwellerende 6 eines zugeordneten Schwellers 7 verbunden ist. Der jeweilige Schweller 7 bildet die untere, seitliche Begrenzung einer Fahrgastzelle 8.

Vom vorderen Schwellerende 6 ausgehend verläuft ein vorderer Türpfosten 9 mit seinem unteren Bereich 10 etwa senkrecht nach oben. Der Türpfosten 9 biegt etwa auf mittlerer Höhe in einen oberen Bereich 11 schräg nach hinten als Fensterholm ab und ist im oberen Bereich mit der Dachstruktur 12 verbunden.

Der jeweilige Längsträger 3 ist an seinem hinteren Ende bzw. am ersten Knotenpunkt 4 über eine Kniehebelanordnung durch einen Kniehebel-Träger 13 mit der Mitte des Türpfostens 9 in einem zweiten Knotenpunkt 14 verbunden.

Die Lage einer längs eingebauten Motor-Getriebe-Einheit 15 ist strichliert eingezeichnet, ebenso wie die Lage eines Vorder­ rades 16. Daraus ist zu ersehen, daß der erste Knotenpunkt 4 in Fahrzeuglängsrichtung gesehen hinter der Federbeinaufnahme angeordnet ist.

Der waagrecht verlaufende Längsträger 3 ist zur Energieauf­ nahme durch Falten bei einem Frontaufprall ausgelegt. Der Kniehebel-Träger 13 soll dagegen bei einem Frontaufprall weit­ gehend unverformbar sein und sich insbesondere in seiner Län­ ge nicht verkürzen.

Die Anbindung des Kniehebel-Trägers 13 über die Knotenpunkte 4 und 14 ist schematisch als Scharnierverbindung dargestellt. Konkret sollen diese Verbindungen jedoch durchgehend sein und durch geeignete Anbringung von Sicken und/oder Materialver­ dünnungen so ausgeführt sein, daß dem Kniehebel-Träger 13 für eine Bewegung in eine steilere, aufrechtere Position relativ wenig Kraft entgegengesetzt wird.

Der Längsträger 3 liegt im Vergleich zum Schweller 7 höher, so daß die Trägerverbindung 5 schräg nach unten gerichtet ist. Diese Trägerverbindung 5 soll im Vergleich zum Kniehe­ bel-Träger 13 weniger stabil ausgeführt sein und sich bei einem starken Frontaufprall unter Energieaufnahme verformen. Die Dimensionierung wird zweckmäßig so durchgeführt, daß sich zuerst der Längsträger 3 (ggfs. abgestuft) durch Energieauf­ nahme verformt und erst bei einem stärkeren Frontaufprall auch die Trägerverbindung 5.

Der Türpfosten 9 und insbesondere auch sein oberer Bereich 11 sind zur Krafteinleitung über den Kniehebel-Träger 13 relativ steif dimensioniert.

Die Funktion der dargestellten Tragstruktur 1 wird anhand der Fig. 2 bei einem Frontaufprall erläutert: Bei einem starken Frontaufprall auf ein Hindernis 17 wird die nur kurze Verformungszone vor der Motor-Getriebe-Einheit 15 schnell überwunden, so daß diese im Prinzip als unverrückbare und unverformbare, insbesondere auch in der Höhe nicht verän­ derbare Einheit 15 zu betrachten ist. Gegenüber dieser Motor- Getriebe-Einheit 15 macht die Fahrgastzelle 8 einen (mög­ lichst großen) Verzögerungsweg in Richtung auf das Hindernis 17, wobei zuerst der Längsträger 3 durch Falten verkürzt wird und dabei Energie aufnimmt. Anschließend wird auch die Träger­ verbindung 5 als zweite Deformationszone unter Energieaufnah­ me gefaltet, wodurch sich die Fahrgastzelle 8 mit ihrem Tür­ pfosten 9 in Richtung auf den ersten Knotenpunkt 4 bewegt, bzw. der Abstand zwischen Knotenpunkt 4 und Fahrgastzelle 8 verringert wird. Damit ändert sich auch der Abstand des zwei­ ten Knotenpunkts 14 zum ersten Knotenpunkt 4 in Fahrzeuglängs­ richtung gesehen. Durch die Abstützung über den stabilen, in seiner Länge unverformbaren Kniehebel-Träger 13 wird dieser in eine steilere Position geschwenkt und dadurch der zweite Knotenpunkt 14 zusammen mit der gesamten Fahrgastzelle 8 ange­ hoben. Der Betrag, um den die Fahrgastzelle 8 angehoben wird, ist mit Bezugszeichen 18 angegeben.

Durch die Anhebung der Fahrgastzelle 8 wird diese vom Fahrge­ stell und den Aggregaten besser entkoppelt, wodurch insbeson­ dere die Motor-Getriebe-Einheit 15 nicht so hoch und damit so weit in die Fahrgastzelle 8 eindringt bzw. ein größerer Verzö­ gerungsweg zur Verfügung steht, ehe sich die Fahrgastzelle 8 verformt.

Claims (5)

1. Tragstruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens,
mit je einem in jedem Seitenbereich des Vorderwagens etwa waagrecht verlaufenden, vorderen Längsträger, der zur Ener­ gieaufnahme, insbesondere durch Falten, bei einem Frontauf­ prall ausgelegt ist,
mit je einem an den Fahrzeuglängsseiten im Bereich der Fahrgastzelle verlaufenden Schweller, der tiefer liegt als der zugeordnete, vordere Längsträger,
mit je einem am vorderen Schwellerende nach oben führen­ den, vorderen Türpfosten (A-Pfosten),
mit einer Trägerverbindung zwischen dem vorderen Schweller­ ende und dem hinteren Längsträgerende und
mit einer Trägerverbindung zwischen dem vorderen Längsträ­ ger und etwa der Mitte des Türpfostens etwa in der Höhe der Fensterbrüstung, dadurch gekennzeichnet,
daß die jeweilige Trägerverbindung zwischen dem vorderen Längsträger (3) und der Mitte des Türpfostens (9) als Knie­ hebelanordnung ausgeführt ist, wobei ein stabiler, bei einem Frontaufprall weitgehend nicht verformbarer, insbe­ sondere in seiner Länge nicht verkürzbarer, Kniehebel-Trä­ ger (13) einerseits mit einem hinteren Endbereich des vor dem Türpfosten (9) endenden, vorderen Längsträgers (3) in einem ersten Knotenpunkt (4) und andererseits mit der Mit­ te des Türpfostens (9) in einem zweiten Knotenpunkt (14) verbunden ist und dabei der Kniehebel-Träger (13) mit dem vom Schweller (7) nach oben weisenden Türpfosten (9) einen spitzen Winkel bildet,
daß die Trägerverbindung (5) zwischen dem vorderen Schwel­ lerende (6) und dem Längsträger (3) im Vergleich zum Knie­ hebel-Träger (13) weniger stabil ausgeführt ist und sich bei einem starken Frontaufprall unter Energieaufnahme ver­ formt und
daß der erste und zweite Knotenpunkt (4 und 14) für den zugeordneten Kniehebel-Träger (13) als scharnierartige Schwenkverbindung ausgeführt ist, an der der stabile Knie­ hebel-Träger (13) bei einem Frontaufprall schwenkbar, zur Einnahme einer mehr senkrechten Stellung bei einer Bewe­ gung des ersten Knotenpunkts (4) in Richtung auf die Fahr­ gastzelle (8), gehalten ist, wodurch die Fahrgastzelle (8) gegenüber der Höhe der Längsträger (3) bzw. der Höhe des Antriebsaggregats (15) anhebbar ist.

2. Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Knotenpunkt (4) etwa im Bereich der Federbeinauf­ nahme liegt.

3. Tragstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß am ersten Knotenpunkt (4) auch die Trägerverbin­ dung (5) zum vorderen Schwellerende (6) angeschlossen ist.

4. Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Türpfosten (9), insbesondere am zweiten Knotenpunkt (14) und im oberen Bereich (11) zum Dach (12) hin stabil ausgeführt ist, so daß Aufprallener­ gie über den stabilen Kniehebel-Träger (13) in den Dachbe­ reich (12) einleitbar ist.

5. Tragstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und/oder zweite Knotenpunkt (4 und 14) durch Sicken und/oder Materialverdünnungen für ein gezieltes Abknicken bzw. Schwenken des Kniehebel-Trä­ gers (13) ausgebildet ist.