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Die Erfindung betrifft eine Stützeinrichtung zum Abstützen einer Antriebseinheit an einer Personenkraftwagenkarosserie.
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Konventionelle Antriebsstränge für Personenkraftwagen umfassen üblicherweise eine Verbrennungskraftmaschine, welche beispielsweise als Frontmotor ausgebildet und demzufolge in einem Vorderwagenbereich angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst ein solcher konventioneller Antriebsstrang ein mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppeltes Getriebe. Bei längs eingebauter Verbrennungskraftmaschine schließt sich das Getriebe üblicherweise in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten an die Verbrennungskraftmaschine an. Dabei ist das Getriebe üblicherweise zumindest teilweise in einem Tunnel eines Fahrzeugbodens der Personenkraftwagenkarosserie angeordnet, welcher insbesondere dann vorgesehen ist, wenn der Personenkraftwagen einen Heckantrieb, das heißt angetriebene Hinterräder, aufweist.
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Durch das Antriebsaggregat ist im Vorderwagenbereich eine im Falle eines Frontalaufpralls vorteilhafte Verblockung möglich, so dass im Falle eines Frontalaufpralls und einer damit einher gehenden, in Fahrzeuglängsrichtung von vorne nach hinten auf das Antriebsaggregat wirkenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung beziehungsweise Rückverlagerung der Verbrennungskraftmaschine eine Krafteinleitung über das an dieser angeflanschte Getriebe in den Rohbau möglich ist. Im Zuge der unfallbedingten Rückverlagerung kann sich demzufolge das Getriebe am Mitteltunnel abstützen und den Fahrzeugboden beziehungsweise den Tunnel plastisch verformen, wodurch Aufprallenergie entsprechend in Verformungsenergie umgewandelt wird.
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Bei alternativen Antriebskonzepten kommen alternative Antriebsstränge zum Einsatz, bei denen im Vergleich zu konventionellen Antriebssträngen das Getriebe beispielsweise entfällt. Hierbei kann anstelle der Verbrennungskraftmaschine eine andere Antriebseinheit, beispielsweise ein Elektromotor, verwendet werden. Aufgrund des Entfalls des Getriebes kann die im Zusammenhang mit konventionellen Antriebssträngen vorteilhafte Verblockung insbesondere bei heckgetriebenen Personenkraftwagen nicht ohne weiteres realisiert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Stützeinrichtung zu schaffen, mittels welcher sich ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten eines Personenkraftwagens, insbesondere mit einem alternativen Antriebsstrang, realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stützeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Stützeinrichtung zur Abstützung einer Antriebseinheit an einer Personenkraftwagenkarosserie umfasst eine unterseitig eines Fahrzeugbodens der Personenkraftwagenkarosserie anordenbare und an dem Fahrzeugboden befestigbare Tragstruktur sowie eine zumindest mittelbar am Fahrzeugboden zu haltende Abstützstruktur, welche unmittelbar an der Tragstruktur und/oder dem Fahrzeugboden gehalten sein kann. Die Abstützstruktur erstreckt sich von der Tragstruktur nach oben vorne und ist bei einer von der Antriebseinheit auf die Abstützstruktur nach hinten wirkenden unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unter Abstützen der Antriebseinheit entlang der Tragstruktur unter Deformation des Fahrzeugbodens nach hinten verschiebbar. Kommt es beispielsweise zu einem Frontalaufprall des Personenkraftwagens auf eine Unfallbarriere, so resultiert daraus ein in Fahrzeuglängsrichtung von vorne nach hinten auf die Antriebseinheit wirkende, unfallbedingte Kraftbeaufschlagung, welche eine Rückverlagerung der Antriebseinheit bewirkt. In der Folge wird die Antriebseinheit über die Stützeinrichtung an der Personenkraftwagenkarosserie abgestützt. Überschreitet beispielsweise die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung ein vorgebbares Belastungsniveau, so kann sich beispielsweise eine Verbindung zwischen der Abstützstruktur und der Tragstruktur lösen, so dass die Abstützstruktur relativ zur Tragstruktur entlang dieser verschoben wird. Hierbei gleitet beispielsweise die Abstützstruktur an der Tragstruktur ab.
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Die Abstützstruktur kann dabei die eingangs beschriebene Funktion eines bei einem konventionellen Antriebsstrang vorgesehenen Getriebes übernehmen und eine Krafteinleitung in die Personenkraftwagenkarosserie gewährleisten. Dies bedeutet, dass es aufgrund der Verschiebung der Abstützstruktur entlang der Tragstruktur zu deren Intrusion in die Personenkraftwagenkarosserie kommt, so dass sich diese insbesondere plastisch verformt. Dadurch kann Aufprallenergie in Verformungsenergie umgewandelt und dadurch abgebaut werden. Dies bedeutet, dass sich mit Hilfe der Abstützstruktur eine definierte Krafteinleitung in die Personenkraftwagenkarosserie realisieren lässt, wie dies beispielsweise bei einem konventionellen Antriebsstrang mittels eines Getriebes realisiert werden kann.
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Die erfindungsgemäße Stützeinrichtung eignet sich somit besonders vorteilhaft für den Einsatz bei alternativen Antriebssträngen, bei denen eine Antriebseinheit wie beispielsweise ein Elektromotor, jedoch kein Getriebe vorgesehen ist. Die eingangs beschriebene, bei konventionellen Antriebssträngen durch die Verbrennungskraftmaschine und das Getriebe darstellbare Verblockung lässt sich mittels der erfindungsgemäßen Stützeinrichtung auch bei Antriebssträngen, welche kein Getriebe aufweisen, realisieren. Diese Verblockung kann mittels der Antriebseinheit und der Abstützstruktur dargestellt werden.
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Die Tragstruktur ermöglicht beispielsweise eine gezielte beziehungsweise definierte Führung der Abstützstruktur bei deren unfallbedingter Rückverlagerung. Darüber hinaus kann durch die Unterteilung der Stützeinrichtung in Abstützstruktur und Tragstruktur ein voneinander unabhängiger Ein- und Ausbau der Abstützstruktur und der Tragstruktur beispielsweise im Servicefall realisiert werden. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Abstützstruktur an der Personenkraftwagenkarosserie verbleiben kann, während die Tragstruktur von der Personenkraftwagenkarosserie gelöst und beispielsweise gewartet oder ausgetauscht wird.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn durch den Fahrzeugboden ein Tunnel, insbesondere ein Mitteltunnel, gebildet ist. Dabei ist die Abstützstruktur zumindest bereichsweise in den Tunnel aufgenommen. Mittels der Abstützstruktur ist bei deren Verschiebung nach hinten der Tunnel unter Energieverzehrung plastisch deformierbar. Kommt es zu einer unfallbedingten Rückverlagerungen der Abstützstruktur entlang der Tragstruktur, so wird der Tunnel mittels der sich nach hinten bewegenden Abstützstruktur – wie bei einem konventionellen Antriebsstrang – aufgeweitet und dadurch plastisch verformt. Dadurch kann Aufprallenergie besonders effizient und effektiv in Verformungsenergie umgewandelt werden.
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Die erfindungsgemäße Abstützeinrichtung eignet sich besonders vorteilhaft für den Einsatz bei einem heckgetriebenen Personenkraftwagen, bei welchem beispielsweise wenigstens eine Welle, insbesondere eine Gelenkwelle, durch den Tunnel geführt wird. Über die Welle können von der Antriebseinheit bereitgestellte Drehmomente an angetriebene beziehungsweise anzutreibende Hinterräder des Personenkraftwagens übertragen werden. Dabei kann der Tunnel nicht nur zum Führen der Welle, sondern auch als Crashstruktur verwendet werden, welche bei der unfallbedingten Rückverlagerung der Abstützstruktur durch diese unter Energieverzehrung verformt wird.
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Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Stützeinrichtung, die Personenkraftwagenkarosserie, insbesondere den Fahrzeugboden, auf einfache Weise sowohl für konventionelle Antriebsstränge als auch für alternative Antriebsstränge zu verwenden bei gleichzeitiger Realisierung eines sehr guten Unfallverhaltens sowohl bei Einsatz des konventionellen Antriebsstrangs als auch bei Einsatz des alternativen Antriebsstrangs. Mit anderen Worten ist es möglich, die Personenkraftwagenkarosserie mit einem konventionellen Antriebsstrang zu kombinieren, welcher als die Antriebseinheit eine Verbrennungskraftmaschine und ein mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppeltes Getriebe aufweist. Das Getriebe kann – analog zur Abstützstruktur – im Tunnel angeordnet werden und bei einem Frontalaufprall die beschriebene Funktion der Abstützstruktur übernehmen.
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Kommt jedoch ein alternativer Antriebsstrang zum Einsatz, welcher als die Antriebseinheit beispielsweise einen Elektromotor, jedoch kein Getriebe aufweist, so kommt bei Verwendung eines solchen alternativen Antriebsstrangs die erfindungsgemäße Stützeinrichtung zum Einsatz, mittels welcher sich eine besonders vorteilhafte Verblockung im Vorderwagenbereich der Personenkraftwagenkarosserie realisieren lässt. Somit ist es beispielsweise möglich, die Personenkraftwagenkarosserie auf einen der Antriebsstränge, beispielsweise den konventionellen Antriebsstrang, auszulegen und davon andere, weitere Antriebskonzepte wie beispielsweise den alternativen Antriebsstrang abzuleiten, wobei dann zur Realisierung eines besonders vorteilhaften Unfallverhaltens die erfindungsgemäße Stützeinrichtung zum Einsatz kommt.
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Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Abstützeinrichtung wenigstens eine den Tunnel überbrückende und am Fahrzeugboden befestigte Querstrebe aufweist, welche als spezifisches Zusatzteil am Fahrzeugboden angebracht werden kann. Hierdurch lässt sich eine besonders gute Steifigkeit in Fahrzeugquerrichtung realisieren, so dass sich auch ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten bei einem Seiten- oder Pfahlaufprall realisieren lässt.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Abstützstruktur wenigstens eine Soll-Versagensstelle aufweist, an welcher die Abstützstruktur bei Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwerts durch die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung gezielt versagt, insbesondere knickt. Vorzugsweise ist die Soll-Versagensstelle in Fahrzeuglängsrichtung vor der Querstrebe angeordnet. Dadurch kann eine übermäßig steife Anbindung der Abstützstruktur an den Fahrzeugboden vermieden und die zuvor beschriebene, gewünschte unfallbedingte Rückverlagerung der Abstützstruktur relativ zur Tragstruktur ermöglicht werden, wenn die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung den vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische Seitenansicht auf eine Anordnung einer Stützeinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform an einer Personenkraftwagenkarosserie, wobei über die Stützeinrichtung eine Antriebseinheit an der Personenkraftwagenkarosserie abstützbar ist;
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2 eine weitere schematische Seitenansicht auf die Anordnung, wobei eine Abstützstruktur der Stützeinrichtung unfallbedingt nach hinten verlagert ist;
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3 eine schematische Perspektivansicht auf die Abstützstruktur der Stützeinrichtung;
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4 eine schematische Seitenansicht auf die Stützeinrichtung;
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5 eine schematische und perspektivische Draufsicht auf die Anordnung gemäß 1;
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6 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung gemäß 2;
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7 eine schematische und perspektivische Draufsicht auf die Stützeinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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8 eine schematische Seitenansicht auf die Stützeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
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9 eine schematische Seitenansicht auf eine Anordnung der Stützeinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform an einer Personenkraftwagenkarosserie, wobei über die Stützeinrichtung eine Antriebseinheit an der Personenkraftwagenkarosserie abstützbar ist; und
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10 eine weitere schematische Seitenansicht auf die Anordnung gemäß der zweiten Ausführungsform, wobei eine Abstützstruktur der Stützeinrichtung unfallbedingt nach hinten verlagert ist.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Anordnung einer Stützeinrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform an einer Personenkraftwagenkarosserie, von welcher in 1 ein Teil eines Fahrzeugbodens 12 erkennbar ist. Mittels der Stützeinrichtung 10 ist eine Abstützanordnung einer Antriebseinheit 14 an der Personenkraftwagenkarosserie geschaffen. Die Antriebseinheit 14 ist beispielsweise eine Komponente eines alternativen Antriebsstrangs des Personenkraftwagens und demzufolge beispielsweise als Elektromotor oder Batteriestack ausgebildet. Ferner ist die Antriebseinheit 14 in einem Vorderwagenbereich der Personenkraftwagenkarosserie in einem Motorraum angeordnet. Der Motorraum ist beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung durch eine sogenannte Stirnwand von der Fahrgastzelle getrennt. Der Personenkraftwagen weist einen Heckantrieb auf. Dies bedeutet, dass mittels der Antriebseinheit 14 Hinterräder des Personenkraftwagens antreibbar sind. Hierzu weist der Fahrzeugboden 12 einen Mitteltunnel 16 auf, durch den bei einem konventionellen Antriebsstrang eine in 1 nicht dargestellte Welle hindurchgeführt ist, welche die Hinterräder antreibt.
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Wie besonders gut in Zusammenschau mit 3 und 4 erkennbar ist, umfasst die Stützeinrichtung 10 eine Tragstruktur in Form eines Tragrahmens 18, welcher unterseitig des Fahrzeugbodens 12 anordenbar und an dem Fahrzeugboden 12 befestigt ist. Darüber hinaus umfasst die Stützeinrichtung 10 eine Abstützstruktur in Form eines Abstützrahmens 20, welcher auch als Crashrahmen bezeichnet wird. Der Abstützrahmen 20 ist an einer Querbrücke 28 und an der Antriebseinheit 14 gehalten. Beispielsweise ist der Abstützrahmen 20 mit der Querbrücke 28 und der Antriebseinheit 14 kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Ferner ist der Abstützrahmen 20 zumindest teilweise in dem Tunnel 16 angeordnet. Die Querbrücke 28 erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung und weist in ihren jeweiligen Endbereichen 30 Befestigungselemente vorliegend in Form Durchgangsöffnungen 32 auf. Über die Durchgangsöffnungen 32 ist die den Tunnel 16 überbrückende Querbrücke 28 am Fahrzeugboden 12 verschraubt und dadurch befestigt. Hierdurch kann eine steife Struktur für einen Seiten- und Pfahlaufprall geschaffen werden. Der Abstützrahmen 20 ist somit über die Querbrücke 28 am Fahrzeugboden 12 gehalten.
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Der Abstützrahmen 20 erstreckt sich vom Tragrahmen 18 nach vorne oben. Kommt es beispielsweise zu einem Frontalaufprall des Personenkraftwagens auf eine Unfallbarriere, so resultiert daraus eine in Fahrzeuglängsrichtung von vorne nach hinten auf die Antriebseinheit 14 wirkende, unfallbedingte Kraftbeaufschlagung. Infolge dieser Kraftbeaufschlagung kommt es zu einer Rückverlagerung der Antriebseinheit 14, wobei diese unfallbedingte Rückverlagerung in 2 und 4 durch einen Richtungspfeil 22 veranschaulicht ist. Infolge der unfallbedingten Rückverlagerung kommt die Antriebseinheit 14 in Stützanlage mit dem Abstützrahmen 20, so dass auch der Abstützrahmen 20 unfallbedingt mit Kräften beaufschlagt wird. Übersteigt diese unfallbedingte Kraftbeaufschlagung einen vorgebbaren Schwellenwert, so wird die Verbindung zwischen dem Abstützrahmen 20 und der Querbrücke 28 gelöst und der Abstützrahmen 20 wird unter Abstützen der Antriebseinheit 14 entlang des Tragrahmens 18 in Fahrzeuglängsrichtung von vorne nach hinten verschoben.
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In 4 ist durch eine gestrichelte Linie eine Abscher- und Abgleit-Ebene 40 auf dem Tragrahmen 18 veranschaulicht. In dieser Abscher- und Abgleit-Ebene 40 wird der Abstützrahmen 20 infolge der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung relativ zum Tragrahmen 18 nach hinten verschoben. Diese Verschiebung nach hinten ist in 2 und 6 veranschaulicht. Infolge der unfallbedingten Rückverlagerung des Abstützrahmens 20 kommt dieser in Stützanlage mit dem Fahrzeugboden 12, insbesondere mit dem Tunnel 16. Somit wird der Abstützrahmen 20 am Fahrzeugboden 12 abgestützt. Hierzu weist der Abstützrahmen 20 Strukturen 24 (3) auf, über welche während der Rückverlagerung des Abstützrahmens 20 eine Krafteinleitung mittels Formschluss in die Personenkraftwagenkarosserie erfolgt. Mittels des Abstützrahmens 20 wird der Tunnel 16 plastisch deformiert, insbesondere aufgeweitet, wodurch Aufprallenergie effektiv und effizient in Verformungsenergie umgewandelt wird.
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Um eine besonders vorteilhafte Abstützung der Antriebseinheit 14 zu realisieren, weist der Abstützrahmen 20 eine Anschubebene 26 auf. In dieser Anschubebene 26 kommt die Antriebseinheit 14 in Stützanlage mit dem Abstützrahmen 20, wo dass der Abstützrahmen 20 infolge des Frontalaufpralls nach hinten verschoben wird und an dem Tragrahmen 18 abgleitet. In 6 sind Bereiche B dargestellt, in denen es zu einer Krafteinleitung vom Abstützrahmen 20 in die Personenkraftwagenkarosserie mittels Formschluss kommt.
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Insgesamt ist erkennbar, dass bei Erreichen einer definierten Kraft, welche von der Antriebseinheit 14 über die Anschubebene 26 auf den Abstützrahmen 20 wirkt, die Verbindung des Abstützrahmens 20 zur Querbrücke 28 getrennt wird. Dadurch wird eine Intrusion des Abstützrahmens 20 in die Personenkraftwagenkarosserie ermöglicht, wobei zumindest ein Teil der Aufprallenergie durch Verformung der Personenkraftwagenkarosserie abgebaut wird.
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5 zeigt die Anordnung der Stützeinrichtung 10 am Fahrzeugboden 12 in einer perspektivischen Draufsicht. Die Querbrücke 28 ist über eine Strukturkomponente vorliegend in Form eines Bügels 34 an die Strukturen 24 angebunden. Der Bügel 34 weist Soll-Versagensstellen in Form von Soll-Knickstellen 36 auf, welche in Fahrzeuglängsrichtung zwischen der Querstrebe 28 und den Strukturen 24 angeordnet sind. Bei Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwerts durch die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung knickt der Abstützrahmen 20 gezielt an den Soll-Knickstellen 36, so dass die gewünschte unfallgedingte Rückverlagerung des Abstützrahmens 20 zugelassen wird.
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7 bis 10 zeigen die Stützeinrichtung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Aus 7 sind Befestigungspunkte 27 erkennbar, an welchen der Abstützrahmen 20 mit der Antriebseinheit 14 verbunden ist. Bei der zweiten Ausführungsform ist ein Rahmenlager 38 vorgesehen, über welches der Abstützrahmen 20 an der rohbaufesten Querbrücke 28 befestigt ist. In 8 sind durch gestrichelte Linien eine Abscherebene 42 beziehungsweise eine Abgleitebene 44 veranschaulicht. In Zusammenschau mit 9 und 10 ist erkennbar, dass sich – wenn eine bei einem Frontalaufprall auf den Abstützrahmen 20 wirkende Kraftbeaufschlagung einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet – das Rahmenlager 38 in der Abscherebene 42 von der rohbaufesten Querbrücke 28 abschert, so dass dann der Abstützrahmen 20 in der Abgleitebene 44 auf dem Tragrahmen 18 und über die Querbrücke 28 nach hinten abgleitet. Somit kann der Abstützrahmen 20 zumindest in dem Bereich B in Stützanlage mit der Personenkraftwagenkarosserie kommen, wobei es im Bereich B zu einer Krafteinleitung vom Abstützrahmen 20 in die Personenkraftwagenkarosserie mittels Formschluss kommt.
