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Dokumentenidentifikation DE102006026120A1 06.12.2007
Titel Karosserie für ein Kraftfahrzeug
Anmelder GM Global Technology Operations, Inc., Detroit, Mich., US
Erfinder Elsenheimer, Willi, 65439 Flörsheim, DE;
Poklitar, Mathias, 65474 Bischofsheim, DE;
Wrobel, Bert, 55278 Undenheim, DE
Vertreter Strauß, P., Dipl.-Phys.Univ. MA, Pat.-Anw., 65191 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 03.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006026120
Offenlegungstag 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse B62D 21/15(2006.01)A, F, I, 20061214, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B62D 21/12(2006.01)A, L, I, 20061214, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Hauptrahmen, der sich entlang der Fahrgastzelle und des Motorraums erstreckende Längsträger (2) umfasst, und einen Motorrahmen (6), von dem ein rückwärtiger Bereich an dem Hauptrahmen durch ein Befestigungselement (8, 13) befestigt ist. Von Haupt- und Motorrahmen weist der eine wenigstens einen Führungskanal (16) und der andere einen Arm (10) auf, der in einem Eingangsbereich des Führungskanals (16) angeordnet ist, um im Falle der Zerstörung des Befestigungselements (8, 13) in den/die Führungskanäle (16) einzurücken.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Karoserie für ein Kraftfahrzeug mit einem Hauptrahmen, der sich entlang der Fahrgastzelle und des Motorraums erstreckende Längsträger umfasst, und einem Motorrahmen, von dem ein rückwärtiger Bereich an dem Hauptrahmen befestigt ist. Eine solche Karosserie ist z.B. aus EP 1 314 632 A2 bekannt. Die Längsträger verleihen der Karosserie ein hohes Maß an Steifigkeit in Längsrichtung, und ermöglichen es ihr, bei einem Zusammenstoß durch Verformung erhebliche Energiemengen zu absobieren und dabei die Fahrgastzelle vor Verformungen zu schützen, die den Überlebensraum reduzieren.

Die Realisierung des Motorrahmens getrennt vom Hauptrahmen ermöglicht es, Schwingungen des Motors vom Hauptrahmen und damit von der Fahrgastzelle, wo sie zu einer Beeinträchtigung des Fahrkomforts führen würden, abzuschirmen.

Als ein Befestigungselement, das den Motorrahmen mit dem Hauptrahmen verbindet, wird üblicherweise eine Schraube oder ein Bolzen eingesetzt, die/der vertikal orientiert ist und einander gegenüber liegende horizontale Auflageflächen des Hauptrahmens und des Motorrahmens in Bezug zueinander fixiert. Ein solcher Bolzen trägt nicht das Gewicht des Fahrzeugs; er erfährt eine kritische Belastung im wesentlichen nur im Falle eines Zusammenstoßes in Form von Scherkräften. Wenn der Bolzen lediglich an einem oberen Ende im Hauptrahmen und an einem unteren Ende in dem Motorrahmen fixiert ist, resultiert aus den bei einem Zusammenstoß auftretenden Kräften ein erhebliches Moment am Bolzen, welches zu einem Verbiegen der den Bolzen tragenden Teile der Rahmen und zu einem Ausreißen des Bolzens führen kann, so dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Haupt- und Motorrahmen verloren geht. Wenn dies geschieht, können sich während des Zusammenstoßes Karosserieteile gegeneinander bewegen, ohne dabei verformt zu werden und folglich auch ohne Energie zu absorbieren. So wird wertvoller Deformationsraum ungenutzt.

EP 1 314 632 A2 schlägt vor, dieses Problem zu beheben, indem der Bolzen zusätzlich eine Ecke einer dreieckigen Stütze durchsetzt, deren beide anderen Ecken an einem Längsträger bzw. einer Mittenverstärkung des Hauptrahmens angebracht sind. Wenn jedoch bei einem Zusammenstoß nur einer der Anbindungspunkte der Stütze zerstört wird, so geht auch deren stabilisierende Wirkung verloren, und der Motorrahmen wird ohne nennenswerte Energiedissipation gegenüber dem Hauptrahmen beweglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Fahrzeugkarosserie anzugeben, die eine ungebremste Beweglichkeit des Motorrahmens in Bezug auf den Hauptrahmen bei einem Zusammenstoß mit größtmöglicher Wahrscheinlichkeit vermeidet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Hauptrahmen und einem Motorrahmen, von dem ein rückwärtiger Bereich an dem Hauptrahmen durch ein Befestigungselement befestigt ist, von Haupt- und Motorrahmen der eine wenigstens einen Führungskanal und der anderen einen Arm aufweist, der in einem Eingangsbereich des Führungskanals angeordnet ist, um im Falle der Zerstörung des Befestigungselements in den Führungskanal einzurücken.

Um im Falle eines Frontalzusammenstoßes wirksam zu sein, erstreckt sich der Führungskanal vorzugsweise im wesentlichen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs.

Der Führungskanal kann energieabsorbierende Mittel wie etwa einen kompressiblen Werkstoff oder stauchbare Strukturen enthalten.

Alternativ oder ergänzend kann eine Energiedissipation beim Eindringen des Arms in den Führungskanal auch dadurch gewährleistet werden, dass der Arm nur unter – vorzugsweise plastischer – Verformung in den Führungskanal einführbar ist.

Um eine feste und sichere Positionierung des Führungskanals zu gewährleisten, erstreckt sich dieser vorzugsweise zwischen einem der Längsträger und einer Mittenverstärkung des Hauptrahmens. So ist z.B. ein Ausweichen des Führungskanals in seitlicher Richtung nicht oder nur schwer möglich, wenn gleichzeitig der Längsträger oder die Mittenverstärkung seitwärts verdrängt werden, was extrem hohe Kräfte erfordert, insbesondere wenn letztere durch eine Bodenplatte verbunden sind.

Um eine sichere Führung des Motorrahmens zu gewährleisten, sind vorzugsweise zwei Arme und zwei Führungskanäle vorgesehen.

Zweckmäßig ist es auch, wenn sich jeder Arm in einem spitzen Winkel zu dem ihm zugeordneten Führungskanal erstreckt. Um den Arm in den Führungskanal einzuführen, muss er in etwa parallel zum Führungskanal ausgerichtet werden, was eine energieaufwändige plastische Verformung des Motorrahmens erforderlich macht.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht von unten eines Frontbereichs einer erfindungsgemäßen Karosserie;

2 eine Seitenansicht desselben Frontbereichs;

3 einen schematischen Schnitt durch den Frontbereich im intakten Zustand; und

4 einen zu 3 analogen Schnitt nach einem Zusammenstoß.

In der Ansicht der 1 erkennt man eine Bodenplatte 1 einer Fahrgastzelle, die seitlich mit Längsträgern 2 fest verbunden ist. Die Bodenplatte 1 ist mittig in Längsrichtung versteift durch einen Mitteltunnel 3 und beiderseits des Mitteltunnels unter das Niveau der Bodenplatte 1 ausgreifende hohle Versteifungsprofile 4. Die Bodenplatte 1 begrenzt zusammen mit den Versteifungsprofilen 4 und den nach unten überstehenden Längsträgern 2 zwei sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende, nach unten offene Kanäle 5.

Vor der Bodenplatte 1, im Bereich des Motorraums, ist ein Motorrahmen 6 mit den sich entlang der Seiten des Motorraums erstreckenden Längsträgern 2 an Befestigungspunkten 7 und mit der Bodenplatte 1 an Befestigungspunkten 8 schwingfähig verbunden. Der Motorrahmen 6 trägt in an sich bekannter Weise den Motor und die Vorderräder des Fahrzeugs, die in der Fig. nicht dargestellt sind. Der Motorrahmen 6 umfasst ein in etwa C-förmig gebogenes Rohr mit einem nach vorn gewandten Mittelabschnitt 9 und zwei Armen 10, die in Draufsicht im wesentlichen parallel zueinander und zu den Längsträgern 2 und in der Seitenansicht der 2 etwas unterhalb der in Höhe des Motorraums nach oben gewölbten Längsträger 2 verlaufen.

Die Befestigungspunkte 7 umfassen jeweils eine von einem der Arme 10 in der Nähe des Mittelabschnitts 9 abstehende Lasche 11 und einen elastischen Puffer 12, über den einer der Längsträger 2 an der Lasche 11 abgestützt ist. Entsprechende elastische Puffer befinden sich an den Befestigungspunkten 8 zwischen den freien Enden der Arme 10 und der Bodenplatte 8. Der Motorrahmen 6 ist in Bezug auf die Längsträger 2 und die Bodenplatte 1 durch vertikale Bolzen gesichert, die jeweils den Puffer 12 durchsetzen und einerseits in den Motorrahmen 6 und andererseits in dem Längsträger 2 bzw. der Bodenplatte 1 verankert sind.

Die Arme 10 weisen jeweils in der Nähe ihrer freien Enden einen gekrümmten Abschnitt 14 auf, wobei die konvexen Seiten der zwei gekrümmten Abschnitte 14 einander zugewandt sind. In der Nähe des Punktes mit geringstem Abstand zwischen den zwei Abschnitten 14 sind die Arme 10 durch einen Querbalken 15 starr verbunden.

Den freien Enden der in die Kanäle 5 eingreifenden freien Enden der Arme 10 gegenüberliegend sind zwei Fangrohre 16 mit den Arme 10 zugewandter Eingangsöffnung in den Kanälen 5 starr befestigt. Die Befestigung der Fangrohre 16 kann z.B. durch Verschweißen mit dem Längsträger 2, dem Versteifungsprofil 4 oder der Bodenplatte 1, die den betreffenden Kanal 5 begrenzen, und/oder durch Formschluss mit an diesen Teilen gebildeten Konturen wie etwa einer Längsrippe 17 der Längsträger 2 oder auf andere geeignete Weise hergestellt sein.

3 zeigt einen schematischen Schnitt in Fahrzeuglängsrichtung durch eines der Fangrohre 16 und dessen Umgebung. Man erkennt im Schnitt die Bodenplatte 1 und das gekrümmte freie Ende eines der Arme 10 sowie einen Bolzen 13, der die Bodenplatte 1 und den Arm 10 am Befestigungspunkt 8 durchsetzt. Dem freien Ende des Arms 10 liegt der Eingang des Fangrohrs 16 in geringem Abstand gegenüber. Das Fangrohr 16 ist an einem der Versteifungsprofile 4 und dem in der Fig. nicht sichtbaren Längsträger 2 in einer Stellung befestigt, in der zwischen dem Eingangsbereich des Fangrohrs 16 und der Bodenplatte 1 ein Spalt 18 von geringer Tiefe verbleibt.

Das Innere des Fangrohrs 16 ist in 3 leer dargestellt; es könnten energieabsorbierende Mittel wie etwa ein unter Druck stauchbarer Werkstoff, ein hydraulischer Dämpfer oder dergleichen darin untergebracht sein.

4 zeigt einen zu 3 analogen schematischen Schnitt in dem Fall, dass die erfindungsgemäße Karosserie in einer Kollision verwickelt ist. In diesem Fall ist der Bolzen 13 des hinteren Befestigungspunkts 8 abgeschert, und die freien Enden der Arme 10 sind jeweils in die Fangrohre 16 eingerückt. Wie aus der Ansicht der 1 erkennbar ist, erfordert aufgrund des gekrümmten, zu den Fangrohren 16 nicht parallelen Verlaufs der Arme 10 deren Eindringen in die Fangrohre eine plastische Verformung der Arme 10, durch die in kontrollierter Weise Energie verbraucht und dem Kollisionsvorgang entzogen wird. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass Energie durch eine Verformung in seitlicher Richtung verbraucht wird. So ermöglicht es die erfindungsgemäße Karosseriekonstruktion, auf einer geringer Verformungstiefe ein hohes Maß an Verformungsenergie aufzunehmen und so die Fahrgastzelle wirksam zu schützen.

Indem am Ende des Verformungsvorgangs ein rückwärtiger Bereich des Querbalkens 15 in den Spalt 18 einrückt, wird die Verschiebung des Motorrahmens 6 in Bezug auf die Bodenplatte 1 gestoppt, bevor der vom Motorrahmen 6 getragene Motor auf eine Wand der Fahrgastzelle trifft und beginnen kann, diese zu verformen.

Anstelle der in 1 gezeigten in sich gekrümmten und somit unter einem variablen Winkel zur Längsrichtung der Fangrohre verlaufenden Arme 10 könnte der Motorrahmen auch geradlinige Arme haben, die unter einem gleichbleibenden kleinen Winkel zur Längsrichtung der Fangrohre verlaufen. In diesem Fall wäre zum Einrücken der Arme in die Fangrohre 16 erforderlich, dass die Arme je nach Orientierung auseinandergespreizt oder zusammengedrückt werden, und außerdem würden die Arme auf der gesamten Länge, mit der sie in die Fangrohre einrücken, gebogen, so dass bei Einrücken kontinuierlich und in großer Menge Energie dissipiert wird.

1
Bodenplatte
2
Längsträger
3
Mitteltunnel
4
Versteifungsprofile
5
Kanal
6
Motorrahmen
7, 8
Befestigungspunkt
9
Mittelabschnitt
10
Schenkel
11
Lasche
12
Puffer
13
Bolzen
14
gekrümmter Abschnitt
15
Querbalken
16
Fangrohr
17
Längsrippe
18
Spalt
19
Randbereich


Anspruch[de]
Karosserie für ein Kraftfahrzeug mit einem Hauptrahmen, der sich entlang der Fahrgastzelle und des Motorraums erstreckende Längsträger (2) umfasst, und einem Motorrahmen (6), von dem ein rückwärtiger Bereich an dem Hauptrahmen durch ein Befestigungselement (8, 13) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass von Haupt- und Motorrahmen der eine wenigstens einen Führungskanal (16) und der andere einen Arm (10) aufweist, der in einem Eingangsbereich des Führungskanals (16) angeordnet ist, um im Falle der Zerstörung des Befestigungselements (8, 13) in den Führungskanal (16) einzurücken. Karosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (16) sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckt. Karosserie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (16) energieabsorbierende Mittel enthält. Karosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (10) nur unter plastischer Verformung in den Führungskanal (16) einführbar ist. Karosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungskanal (16) sich zwischen einem der Längsträger (2) und einer Mittenverstärkung (4) des Hauptrahmens erstreckt. Karosserie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Arme (10) und zwei Führungskanäle (16) umfasst. Karosserie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Arm (10) sich in einem spitzen Winkel zu dem ihm zugeordneten Führungskanal (16) erstreckt.






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