DE102009058275A1

DE102009058275A1 - Frontaufbau für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102009058275A1
Application number: DE102009058275A
Authority: DE
Inventors: Udo Mildner
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-06-16
Also published as: CN102139631B; US20110140464A1; CN102139631A; US8246105B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Frontaufbau für ein Kraftfahrzeug, mit einer mit Längsträgern eines Vorderrahmens verbindbaren Tragstruktur, an der ein Kühlmodul mittels einer Halteeinrichtung befestigt ist, und einem dem Kühlmodul vorgelagerten Stoßfängerquerträger. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass die Halteeinrichtung zumindest zwei Kühlmodulhalter umfasst, die an einem aus Tragstruktur und Kühlmodul (9) gewählten Bauteil angebracht und mit länglichen Ausnehmungen versehen sind, in denen am jeweils anderen Bauteil angebrachte Halteelemente verankert sind, wobei die Halteeinrichtung so ausgebildet ist, dass beim Zurückweichen des Stoßfängerquerträgers eine translatorische Verlagerung des Kühlmoduls entgegen der Fahrtrichtung ermöglicht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik und betrifft nach ihrer Gattung einen Frontaufbau für ein Kraftfahrzeug, bei dem ein Kühlmodul mittels einer Halteeinrichtung an einer Tragstruktur befestigt ist.
Stand der Technik
Moderne Kraftfahrzeuge sind in der Regel mit einer selbsttragenden Karosserie versehen, die im Vergleich zu einer auf einem Rahmen aufgebauten Karosserie eine Gewichts- und Kostenreduktion ermöglicht. In der selbsttragenden Karosserie nehmen die Bauteile in ihrer Gesamtheit die eingeleiteten Kräfte auf, wobei die Steifigkeit der Karosserie durch hohle Blechquerschnitte und eine kompakte Blechaußenhaut erreicht wird. Dabei wird durch eine quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnete Trennwand eine räumliche Trennung zwischen der Fahrgastzelle und dem Karosserievorderbau geschaffen. Gewöhnlich umfasst der Karosserievorderbau einen Vorderrahmen, der zur Befestigung diverser Fahrzeugkomponenten, wie Kühlmodul, Motorlagerung, Batterieträger, ABS-Halter und dergleichen dient.
Vorderrahmen werden in Kraftfahrzeugen in mannigfaltiger Weise verbaut. Beispielsweise umfasst der Vorderrahmen in einer von der Anmelderin in Personenkraftfahrzeugen des Typs ”Opel Corsa” verwirklichten Bauweise zwei Längsträger, die an ihren frontseitigen Enden über einen Stoßfängerquerträger miteinander verbunden und heckseitig über nach unten hin abgekröpfte Verlängerungsprofile mit dem Karosserieunterboden verbunden sind. Durch diese Maßnahme wird ein Crash-Lastpfad bereitgestellt, durch den bei einer Frontalkollision über den Stoßfängerquerträger aufgenommene Kräfte in die Unterboden- und Seitenschwellerstruktur eingeleitet werden. Durch eine zusätzliche Anbindung der Längsträger an die Trennwand können die aufgenommenen Kräfte auch über die seitliche Karosseriestruktur abgeleitet werden. Lediglich ergänzend sei darauf hingewiesen, dass in modernen Kraftfahrzeugen in der Regel mehrere Crash-Lastpfade geformt sind.
In praktisch allen Kraftfahrzeugen ist ein vom Fahrtwind umströmtes Kühlmodul hinter dem Stoßfängerquerträger am Karosserievorderbau angebracht. Im Kühlmodul sind Komponenten verschiedener Kühlsysteme des Kraftfahrzeugs platzsparend zusammengefasst. Kühlmodule können insbesondere die Bereiche Motorkühlung (Wärmetauscher), Ladeluftkühlung und Klimaanlage (Kondensator) umfassen, wobei zu diesem Zweck geeignete Kühlmittel eingesetzt werden. Zudem kann ein über die Kurbelwelle mechanisch oder elektrisch angetriebener Lüfter vorgesehen sein, der zur Unterstützung der Kühlwirkung des Fahrtwinds und Kühlung des Verbrennungsmotors im Stand dient. In der industriellen Serienfertigung wird das Kühlmodul als vorgefertigte Komponente am Band verbaut.
Wenn der Stoßfängerquerträger im Falle eines frontalen Zusammenstoßes des Kraftfahrzeugs mit einem Hindernis entgegen der Fahrtrichtung nach hinten verlagert wird, kann das Kühlmodul selbst bei relativ geringen Aufprallgeschwindigkeiten stark beschädigt werden, was bei einem eher geringen Karosserieschaden eine kostenintensive Reparatur des Kühlmoduls erfordert. Zudem ist das Fahrzeug bei beschädigtem Kühlmodul meist nicht mehr fahrbereit, beispielsweise wenn Kühlmittel ausgelaufen ist, so dass weitere Kosten für den Abtransport des verunfallten Fahrzeugs in eine Werkstatt entstehen können. Hinzu kommt, dass die bei einem Kraftfahrzeug im Kollisionsfall verursachten Schäden ein wichtiger Aspekt zur Einstufung in die verschiedenen Versicherungsklassen sind, was zur Folge haben kann, dass das Kraftfahrzeug relativ ungünstig eingestuft wird.
In der Patentliteratur ist diese Problematik schon aufgegriffen worden. So zeigt beispielsweise die deutsche Patentanmeldung DE 10 2007 020 914 A1 der Anmelderin einen gattungsgemäßen Frontaufbau für ein Kraftfahrzeug, bei dem ein Rahmen als Tragstruktur für einen Kühler vorgesehen ist, der im Falle eines kollisionsbedingten Zurückweichens des Stoßfängerquerträgers früher als der Kühler mit dem Stoßfängerquerträger in Kontakt kommt, so dass Beschädigungen des Kühlers vermieden werden können.
Aufgabenstellung
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen gattungsgemäßen Frontaufbau für ein Kraftfahrzeug in vorteilhafter Weise weiterzubilden.
Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen Frontaufbau für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Frontaufbau für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Der Frontaufbau der in Rede stehenden Gattung umfasst eine Tragstruktur, welche mit Längsträgern eines Vorderrahmens eines Karosserievorderbaus verbindbar ist. Dem Fachmann sind Aufbau und mögliche Gestaltungen eines solchen Vorderrahmens beispielsweise aus Fahrzeugen der industriellen Serienfertigung der Anmelderin wohlbekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss.
Im erfindungsgemäßen Frontaufbau ist ein Kühlmodul an der Tragstruktur mittels einer Halteeinrichtung befestigt. Wie üblich können im Kühlmodul Komponenten verschiedener Kühlsysteme des Kraftfahrzeugs zusammengefasst sein, wobei dies, wie eingangs bereits erwähnt, Komponenten der Motorkühlung und/oder Ladeluftkühlung und/oder Klimaanlage sein können. Zudem kann eine Gebläseeinrichtung (Lüfter) integriert sein. In dem erfindungsgemäßen Frontaufbau ist dem Kühlmodul ein Stoßfängerquerträger in Fahrtrichtung vorgelagert, wobei das Kühlmodul beispielsweise zwischen Stoßfängerquerträger und Verbrennungsmotor angeordnet ist.
Der erfindungsgemäße Frontaufbau zeichnet sich nun in wesentlicher Weise dadurch aus, dass die Halteeinrichtung zumindest zwei Kühlmodulhalter umfasst, die jeweils an einem Bauteil, gewählt aus Tragstruktur und Kühlmodul, angebracht sind. Die beiden Kühlmodulhalter sind beispielsweise auf gleicher Höhe mit einem Relativabstand in Fahrzeugquerrichtung angeordnet. Dabei sind die Kühlmodulhalter mit länglichen Ausnehmungen versehen, in denen am jeweils anderen Bauteil angebrachte Halteelemente verankert sind. Die Halteelemente können beispielsweise als Haltezapfen oder Haltestifte ausgebildet sein. Wesentlich hierbei ist, dass die Halteeinrichtung so ausgebildet, dass beim Zurückweichen des Stoßfängerquerträgers im Falle eines frontalen Zusammenstoßes des Fahrzeugs mit einem Hindernis eine (ausschließlich) translatorische Verlagerung des Kühlmoduls entgegen der Fahrtrichtung ermöglicht ist.
Durch diese Maßnahme kann in vorteilhafter Weise erreicht werden, dass das Kühlmodul im Falle einer Frontalkollision mit relativ geringer Aufprallgeschwindigkeit durch mittelbaren oder unmittelbaren Berührungskontakt mit dem Stoßfängerquerträger translatorisch entgegen der Fahrtrichtung nach hinten verlagert wird, so dass eine Schädigung des Kühlmoduls vermieden werden kann. Hierdurch verringern sich die Reparaturkosten und das Fahrzeug bleibt weiterhin fahrbereit, so dass keine zusätzlichen Abschleppkosten entstehen. Zudem kann das Fahrzeug gegebenenfalls in eine günstigere Versicherungsklasse eingestuft werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Frontaufbaus erstrecken sich die länglichen Ausnehmungen der Kühlmodulhalter in Fahrzeuglängsrichtung, so dass das Kühlmodul beim Zurückweichen des Stoßfängerquerträgers translatorisch in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten (heckwärts) verlagert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Frontaufbaus sind die Ausnehmungen der Kühlmodulhalter wenigstens teilweise in Form einseitig offener Einsenkungen ausgebildet, was den Vorteil hat, dass das Kühlmodul in besonders einfacher Weise durch Einschieben der Halteelemente in die Einsenkungen montiert werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Frontaufbaus weisen die länglichen Ausnehmungen der Kühlmodulhalter jeweils einen Haltebereich auf, durch den das Halteelement bis zu einem vorbestimmten Kraftschwellwert in Halteposition fixiert ist, der aber bei Überschreiten des vorbestimmten Kraftschwellwerts eine Verschiebung des Halteelements entlang der länglichen Ausnehmung ermöglicht. Durch diese Maßnahme wird eine Fixierung in Halteposition für den Kühlmodul geschaffen, die erst bei hinreichender Krafteinwirkung aufgehoben wird, so dass vermieden wird, dass das Kühlmodul ohne Notwendigkeit schon bei relativ niedriger Aufprallenergie aus seiner Einbaulage verschoben wird.
Speziell können die länglichen Ausnehmungen der Kühlmodulhalter jeweils einen ersten Haltebereich aufweisen, der über einen verengten Übergangsbereich mit einem zweiten Haltebereich verbunden ist, wobei der erste Haltebereich das Halteelement bis zu einem vorbestimmten Kraftschwellwert fixiert und bei Überschreiten des vorbestimmten Kraftschwellwerts eine Verschiebung des Halteelements entlang der länglichen Ausnehmung zum zweiten Haltebereich ermöglicht, wobei der zweite Haltebereich eine weitere Verschiebung des Halteelements verhindert. Durch diese Maßnahme wird zum einen eine Fixierung des Kühlmoduls in Halteposition bereitgestellt, die erst bei hinreichender Krafteinwirkung eine Verschiebung des Kühlmoduls erlaubt, und zum anderen wird das verlagerte Kühlmodul in einer definierten Endlage gefangen. Das Kühlmodul kann beispielsweise durch einfaches Verschieben der Halteelemente in die ersten Haltebereiche in seine ursprüngliche Einbaulage zurückversetzt werden. Beispielsweise können die Ausnehmungen jeweils einen gerundeten ersten und zweiten Halteabschnitt aufweisen, die durch einen geraden Übergangsabschnitt miteinander verbunden sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Frontaufbaus bestehen die Halteelemente jeweils wenigstens abschnittsweise aus einem elastisch verformbaren Material, das so ausgebildet ist, dass eine Verschiebung des Halteelements in der länglichen Ausnehmung durch elastisches Verformen des Halteelements bei Überschreiten des vorbestimmten Kraftschwellwerts ermöglicht ist. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die Halteelemente jeweils mit einer oder mehreren Öffnungen versehen sind, durch deren Anzahl und/oder Form die elastische Verformbarkeit des Halteelements gezielt eingestellt werden kann. Durch die Einstellung der elastischen Verformbarkeit der Haltelemente kann ein vom Kraftschwellwert abhängendes Verschieben der Halteelemente in den Ausnehmungen in technisch einfacher Weise zuverlässig und sicher realisiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Frontaufbaus sind die Halteelemente jeweils durch einen Klemmsitz im Halteabschnitt fixiert, wodurch eine besonders einfache Verankerung der Halteelemente in den Ausnehmungen ermöglicht ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Frontaufbaus umfasst die Halteeinrichtung zumindest ein oberes Paar Kühlmodulhalter und ein unteres Paar Kühlmodulhalter, die so angeordnet sind, dass sie eine translatorische Versetzung des Schwerpunkts des Kühlmoduls, insbesondere entlang Fahrzeuglängsrichtung, ohne Verkippung des Kühlmoduls ermöglichen, was dazu beiträgt, Beschädigungen des Kühlmoduls im Kollisionsfall zu vermeiden. Wenn zudem das obere und/oder untere Paar Kühlmodulhalter mit in Form einseitig offener Einsenkungen ausgebildeter Ausnehmungen versehen ist, kann das Kühlmodul in besonders einfacher Weise durch Einschieben von Halteelementen in die Einsenkungen an der Tragstruktur montiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Frontaufbaus ist die Halteeinrichtung so ausgebildet, dass sie eine translatorische Verlagerung des Kühlmoduls parallel zur Verlagerung des Stoßfängerquerträgers ermöglicht. Dies kann durch eine zumindest annähernd symmetrische Krafteinleitung in das Kühlmodul erreicht werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Frontaufbaus sind die Kühlmodulhalter jeweils als flächige Laschen ausgebildet, was eine besonders einfache technische Realisierung der Halteeinrichtung erlaubt. Dabei können die Laschen jeweils mit wenigstens einer versteifenden Randabstellung versehen sein, wodurch die Festigkeit der Kühlmodulhalter verbessert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Frontaufbaus ist das Kühlmodul über zumindest ein Energie absorbierendes, erstes Verformungselement mit dem Stoßfängerquerträger verbunden. Das erste Verformungselement zeichnet sich durch eine gegenüber den Längsträgern geringere Steifigkeit (Festigkeit) bzw. größere Verformbarkeit insbesondere bei Krafteinwirkung in Fahrzeuglängsrichtung aus. Es kann bei einer frontseitigen Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Hindernis mit einer geringeren Kraft als die Längsträger plastisch verformt werden und dient somit zur vorrangigen Energieaufnahme bei Kollision und ermöglicht ein Zurückweichen des Stoßfängerquerträgers ohne wesentliche Beeinträchtigung des Kühlmoduls. Vorzugsweise besteht das zumindest eine erste Verformungselement wenigstens abschnittsweise aus einem komprimierbaren Schaummaterial, das bis zum einem gewissen Grad komprimiert werden kann (”Blocklänge”), wobei erst bei Erreichen der Blocklänge in wesentlicher Weise Kraft auf das Kühlmodul übertragen werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Frontaufbaus ist der Stoßfängerquerträger über Energie absorbierende, zweite Verformungselemente (”Crashboxen”) mit der Tragstruktur verbunden. Die zweiten Verformungselemente zeichnen sich durch eine gegenüber den Längsträgern geringere Steifigkeit bzw. größere Verformbarkeit insbesondere bei Krafteinwirkung in Fahrzeuglängsrichtung aus. Sie können bei einer frontseitigen Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Hindernis mit einer geringeren Kraft als die Längsträger plastisch verformt werden und dienen somit zur vorrangigen Energieaufnahme bei Kollision und ermöglichen ein Zurückweichen des Stoßfängerquerträgers ohne wesentliche Beeinträchtigung der Tragstruktur. Vorzugsweise sind die zweiten Verformungselemente jeweils zumindest abschnittsweise mit einer aus miteinander verbundenen Wandelementen aufgebauten Fachwerkstruktur versehen, wobei aber gleichermaßen denkbar ist, dass die zweiten Verformungselemente einen anderen geeigneten Aufbau haben.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Kraftfahrzeug, das mit einem solchen Frontaufbau ausgerüstet ist.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Gleiche bzw. gleich wirkende Elemente sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Es zeigen
1 eine perspektivische Vorderansicht von schräg oben eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Frontaufbaus eines Kraftfahrzeugs ohne Kühlmodul;
2 eine perspektivische Vorderansicht des Frontaufbaus von 1 mit Kühlmodul;
3 eine perspektivische Seitenansicht des Frontaufbaus von 1 mit Kühlmodul;
4A–4D perspektivische Seitenansichten zur Veranschaulichung des Verhaltens des Frontaufbaus von 1 bei einer frontalen Kollision des Fahrzeugs mit einem Hindernis.
In 1 sind auf das Kraftfahrzeug bezogene Richtungsangaben eines insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichneten Frontaufbaus angegeben. In üblicher Notation entspricht ”x” der Fahrzeuglängsrichtung, die hier beispielsweise von der Fahrzeugfront zum Fahrzeugheck gerichtet ist, ”y” der Fahrzeugquerrichtung und ”z” der Fahrzeughochrichtung. Die Vorwärtsfahrtrichtung entspricht der negativen x-Richtung (–x).
Der Frontaufbau 1 ist Teil eines Kraftfahrzeugs mit selbsttragender Karosserie. Er umfasst eine Tragstruktur 2, die in mehrere Abschnitte unterteilt werden kann. Dies sind ein quer zur Fahrtrichtung angeordneter Strukturquerträger 3, der mit seitlichen Radeinbaustreben (nicht gezeigt) verbunden ist. Die Radeinbaustreben sind ihrerseits mit einer Karosserievorderbau und Fahrgastzelle trennenden Trennwand (nicht gezeigt) verbunden. An den Strukturquerträger 3 sind zwei schräg nach unten verlaufende Streben 4 angeformt, von denen jeweils ein flächiger Befestigungsflansch 5 seitlich absteht. Über die Befestigungsflansche 5 kann die Tragstruktur 2 an Längsträgern (nicht gezeigt) eines Vorderrahmens befestigt werden. Die Befestigungsflansche 5 sind zu diesem Zweck mit einer Mehrzahl Bohrungen 6 versehen, wobei die Tragstruktur 2 beispielsweise über die Bohrungen 6 durchsetzende Schraubbolzen mit Anschlussplatten der Längsträger verschraubt werden kann. Denkbar ist jedoch auch, die Tragstruktur 2 durch andere geeignete Befestigungsmittel an den Längsträgern zu befestigen.
Die Befestigungsflansche 5 dienen andererseits als Anschlussbereiche für ein Stoßfängersystem 25, das einen quer zur Fahrtrichtung angeordneten Stoßfängerquerträger 7 umfasst, der über Energie absorbierende Verformungselemente bzw. Crashboxen 8 an den Befestigungsflanschen 5 befestigt ist. Die Crashboxen 8 zeichnen sich durch eine gegenüber den Längsträgern geringere Steifigkeit bzw. größere Verformbarkeit insbesondere bei Krafteinwirkung in Fahrzeuglängsrichtung (x) aus. Sie können bei einer frontseitigen Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Hindernis mit einer geringeren Kraft als die Längsträger plastisch verformt werden und dienen somit zur vorrangigen Energieaufnahme bei Kollision. Sie ermöglichen somit in einem gewissen Umfang ein Zurückweichen des Stoßfängerquerträgers 7 ohne wesentliche Beeinträchtigung der Tragstruktur 2. Die Crashboxen 8 sind zu diesem Zweck beispielsweise mit einer aus miteinander verbundenen Wandelementen aufgebauten Fachwerkstruktur versehen, die bei einer Frontalkollision in einfacher Weise komprimierbar ist, was in den Figuren nicht näher dargestellt ist. Gleichermaßen ist aber auch denkbar, dass die Crashboxen 8 einen anderen geeigneten Aufbau haben.
Der Frontaufbau 1 umfasst weiterhin eine modulare Kühleinrichtung bzw. Kühlmodul 9, in dem Komponenten verschiedener Kühlsysteme des Kraftfahrzeugs in platzsparender Weise zusammengefasst sind. Dies sind hier beispielsweise ein von Kühlmittel durchströmbarer Wasserkasten 10 zur Motorkühlung, ein mit der Klimaanlage gekoppelter Kondensator 11, sowie ein Ladelüftkühler 12, der zur Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors dient. Nicht näher dargestellt ist eine Gebläseeinrichtung bzw. Lüfter, der mechanisch über die Kurbelwelle oder elektrisch durch die Fahrzeugbatterie angetrieben sein kann. Das Kühlmodul 9 kann als vorgefertigtes Bauteil am Band verbaut werden. Da der genaue Aufbau des Kühlmoduls 9 für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich ist und dem Fachmann der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise solcher Kühlmodule ohnehin wohlbekannt sind, erübrigt es sich, hier näher darauf einzugehen. Im Frontaufbau 1 ist das Kühlmodul 9 zwischen dem Stoßfängerquerträger 7 und dem Verbrennungsmotor angeordnet, so dass der Stoßfängerquerträger 7 dem Kühlmodul 9, bezogen auf die Fahrtrichtung (–x), vorgelagert ist.
Das Kühlmodul 9 ist mittels einer Halteeinrichtung 13 an der Tragstruktur 2 befestigt. Die Halteeinrichtung 13 umfasst zwei Paar Kühlmodulhalter 14, die an die Tragstruktur 2 angeformt sind. So sind zwei obere Kühlmodulhalter 14 in etwa auf gleicher Höhe mit einem Relativabstand in Fahrzeugquerrichtung (y) angeordnet und befinden sich in etwa im Bereich einer fluchtenden Verlängerung eines Oberrands des Stoßfängerquerträgers 7 mittig des Wasserkastens 10. Zwei untere Kühlmodulhalter 14 sind an nach vorne gebogenen Endabschnitten 15 der Streben 4 innenseitlich abstehend angeformt und befinden sich etwa im Bereich einer fluchtenden Verlängerung eines Unterrands des Ladeluftkühlers 12.
Die Kühlmodulhalter 14 sind als flächige, laschenförmige Blechteile ausgebildet und mit der ebenfalls aus Blech gefertigten Tragstruktur 2 durch eine herkömmliche Verbindungstechnik wie Schweißen, Nieten oder Clinchen fest verbunden. Sie erstrecken sich jeweils in Fahrzeuglängsrichtung (x), wobei die Flächen der beiden oberen Kühlmodulhalter 14 parallel zur Fahrzeughochrichtung (z) und jene der beiden unteren Kühlmodulhalter 14 parallel zur Fahrzeugquerrichtung (y) orientiert sind. Die beiden oberen Kühlmodulhalter 14 sind jeweils mit einer in Form einer einseitig offenen, länglichen Einsenkung 16 ausgebildeten Ausnehmung versehen, die sich in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckt. Im Unterschied hierzu sind die beiden unteren Kühlmodulhalter 14 jeweils mit einer in Form eines Langlochs 27 ausgebildeten Ausnehmung versehen, die sich ebenfalls in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckt. Die Einsenkungen 16 und die Langlöcher 27 unterscheiden sich lediglich dahingehend, dass die Einsenkungen 16 an einem frontseitigen Ende 20 offen sind. Die Einsenkungen 16 und die Langlöcher 27 können jeweils in verschiedene Bereiche unterteilt werden, nämlich einen frontseitigen ersten Haltebereich 17, der über einen Übergangsabschnitt 18 mit einem zweiten Haltebereich 19 verbunden ist. Die ersten Haltebereiche 17 und die zweiten Haltebereiche 19 verfügen über gerundete Flächen 22, während die Übergangsbereiche 18 zwischen den ersten und zweiten Haltebereichen 17, 19 mit einander gegenüberliegenden geraden Flächen 23 versehen sind. Dabei ist eine lichte Weite der Übergangsbereiche 18, die sich aus dem Relativabstand der geraden Flächen 23 ergibt, gegenüber einem Durchmesser der gerundeten Haltebereiche 17, 19 verringert. Die Einsenkungen 16 bzw. Langlöcher 27 ähneln somit jeweils einer lang gestreckten Acht, wobei zwei Rundlöcher entsprechend den ersten und zweiten Haltebereichen 17, 19 durch eine schmälere längliche Öffnung entsprechend dem Übergangsbereich 18 miteinander verbunden sind. Obgleich dies in den Figuren nicht dargestellt ist, wäre gleichermaßen denkbar, dass sowohl die beiden oberen Kühlmodulhalter 14 als auch die beiden unteren Kühlmodulhalter mit in Form von vorne offenen Einsenkungen 16 ausgebildeten Ausnehmungen versehen sind. Zur Erhöhung der Steifigkeit sind die Kühlmodulhalter 14 jeweils mit seitlich abstehenden Randabstellungen 28 versehen.
Zur Befestigung an der Tragstruktur 2 ist das Kühlmodul 9 mit vier Haltezapfen 21 versehen, wobei ein oberes Paar Haltezapfen 21 vom Wasserkasten 10 seitlich absteht und ein unteres Paar Haltezapfen 21 vom Ladeluftkühler 12 nach unten absteht. Für eine Montage des Kühlmoduls 9 werden die aus einem elastisch verformbaren Material, hier beispielsweise Gummi, bestehenden Haltezapfen 21 (”Gummi-Puffer”) in den ersten Haltebereichen 17 der Einsenkungen 16 und Langlöcher 27 der Kühlmodulhalter 14 verankert. Die eine zylindrische Außenkontur aufweisenden Haltezapfen 21 sind zu diesen Zweck zumindest annähernd in Passform zu den ersten Haltebereiche 17 ausgebildet. Dabei sind sie mit einem gewissen Übermaß zu den ersten Haltebereichen 17 bemessen, so dass sie mit einer für den gewöhnlichen Fahrbetrieb hinreichenden Klemmkraft (Presssitz) in den ersten Haltebereichen 17 verankert werden können. Die zweiten Haltebereiche 19 sind ebenfalls in Passform zu den Haltezapfen 21 ausgebildet.
Das Kühlmodul 9 kann in einfacher Weise an der Tragstruktur 2 montiert werden. Dabei werden zunächst die beiden unteren Haltezapfen 21 in die ersten Haltebereiche 17 der beiden unteren Kühlmodulhalter 14 eingesteckt. Anschließend wird das Kühlmodul 9 um einen durch die unteren Haltezapfen 21 vorgegebenen Drehpunkt 26 verkippt, wobei die beiden oberen Haltezapfen 21 durch die offenen Enden 20 der beiden oberen Kühlmodulhalter 14 in die ersten Haltebereiche 17 eingeschoben werden. Die Haltezapfen 21 weisen in Erstreckungsrichtung jeweils eine Mehrzahl durchgehender Öffnungen 29 auf, die hier beispielsweise hohlzylindrisch geformt sind. Durch Anzahl und/oder Form der Öffnungen 29 kann gezielt Einfluss auf die Verformungseigenschaften der Haltezapfen 21 genommen werden. So setzen die Haltezapfen 21 bei einer größeren Anzahl und/oder einer größeren lichten Weite der Öffnungen 29 einer elastischen Verformung geringeren Widerstand entgegen, während sie bei einer geringeren Anzahl und/oder einer geringeren lichten Weite der Öffnungen 29 einer elastischen Verformung größren Widerstand entgegen setzen. Eine Montage des Kühlmoduls 9 kann in der industriellen Serienfertigung von Kraftfahrzeugen beispielsweise während der Hochzeit erfolgen, was den Vorteil hat, dass die Kühlmittelanschlüsse in einer ergonomisch und gut zugänglichen Position erfolgen können.
Im Frontaufbau 1 sind weiterhin zwischen dem Stoßfängerquerträger 7 und dem Kühlmodul 9 zwei im Bereich der Seitenränder des Kühlmoduls 9 angeordnete komprimierbare Schaumteile 24 vorgesehen. Diese wirken als Energie absorbierende Verformungselemente, die sich durch eine gegenüber den Längsträgern geringere Steifigkeit bzw. größere Verformbarkeit insbesondere bei Krafteinwirkung in Fahrzeuglängsrichtung (x) auszeichnen. Sie können bei einer frontseitigen Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Hindernis mit einer geringeren Kraft als die Längsträger plastisch verformt werden und dienen somit zur vorrangigen Energieaufnahme bei Kollision. Sie ermöglichen im Rahmen ihrer Komprimierbarkeit ein Zurückweichen des Stoßfängerquerträgers 7 ohne wesentliche Beeinträchtigung des Kühlmoduls 9. Die komprimierbaren Schaumteile 24 können jeweils bis zu einer minimalen Abmessung in Fahrzeuglängsrichtung (x), die so genannte Blocklänge, komprimiert werden, so dass erst bei Erreichen der Blocklänge in wesentlicher Weise Kraft auf das Kühlmodul 9 übertragen werden kann. Die Schaumteile 24 sind am Kühlmodul 9 angebracht. Das Schaummaterial kann beispielsweise auf EPDM (EPDM = Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) basieren, wobei auch andere geeignete Materialien eingesetzt werden können.
Unter Bezugnahme auf 4A–4D wird nun das Verhalten des Frontaufbaus 1 bei einer frontalen Kollision des Fahrzeugs mit einem Hindernis veranschaulicht.
Dabei zeigt 4A eine Situation vor der Kollision, bei der sich das Kühlmodul 9 noch in seiner Einbaulage befindet. Hierbei sind die Haltezapfen 21 in den ersten Haltebereichen 17 der Einsenkungen 16 und Langlöcher 27 der Kühlmodulhalter 14 verankert.
Demgegenüber zeigt 4B eine Situation während der Kollision, bei der die Schaumteile 24 durch das Zurückweichen des Stoßfängerquerträgers 7 komprimiert werden. Dabei kann der Stoßfängerquerträger 7 um eine Wegstrecke S1 von beispielsweise ca. 25 mm in Fahrzeuglängsrichtung (x) entgegen der Fahrtrichtung nach hinten versetzt werden bis die Blocklänge der Schaumteile 24 erreicht ist. Somit verbleibt das Kühlmodul 9 bis Erreichen der Blocklänge in seiner Einbaulage. Sobald Blocklänge erreicht ist, kann Kraft vom Stoßfängerquerträger 7 auf das Kühlmodul 9 übertragen werden. Beim Zurückweichen des Stoßfängerquerträgers 7 werden die Crashboxen 8 komprimiert, was in 4A–4D nicht dargestellt ist.
Wird beim weiteren Zurückweichen des Stoßfängerquerträgers 7 zumindest eine einem vorbestimmten Kraftschwellwert entsprechende Kraft auf das Kühlmodul 9 übertragen, werden die elastisch verformbaren Haltezapfen 21 in die Engstellen der Übergangsbereiche 18 gepresst. In 4C ist eine Situation dargestellt, bei der sich die Haltezapfen 21 in etwa in der Mitte der Übergangsbereiche 18 befinden. Dabei wird das Kühlmodul 9 in Fahrzeuglängsrichtung (x) translatorisch nach hinten (heckwärts) versetzt. In der in 4C gezeigten Situation wurde der Stoßfängerquerträger 7 um eine Wegstrecke S2 von ca. 50 mm entgegen Fahrtrichtung nach hinten versetzt. Der vorbestimmte Kraftschwellwert, bei dessen Erreichen die Haltezapfen 21 aus den ersten Haltebereichen 17 in die Übergangsbereiche 18 gedrückt werden, ergibt sich aus der elastischen Verformbarkeit der Haltezapfen 21 und dem Relativabstand zwischen den geraden Flächen 23 der Übergangsbereiche 18 bzw. deren lichte Weite. Je geringer dieser Abstand ist und/oder je mehr Widerstand die Haltezapfen 21 einer elastischen Verformung entgegensetzen, desto größer ist dieser Kraftschwellwert. Umgekehrt gilt, je größer dieser Abstand ist und/oder je weniger Widerstand die Haltezapfen 21 einer elastischen Verformung entgegensetzen, desto kleiner ist dieser Kraftschwellwert. Der Kraftschwellwert kann somit in einfacher Weise durch die elastische Verformbarkeit der Haltezapfen 21 und/oder eine Dimensionierung der Übergangsbereiche 18 vorbestimmt werden. Wie weiter oben bereits ausgeführt wurde, kann auf die elastische Verformbarkeit der Haltezapfen 21 durch die Öffnungen 29 gezielt Einfluss genommen werden.
Bei weiterer Kraftübertragung auf das Kühlmodul 9 gelangen die Haltezapfen 21 schließlich in die zweiten Haltebereiche 19, wodurch eine weitere translatorische Verlagerung des Kühlmoduls 9 entgegen der Fahrtrichtung gehindert ist. Diese Situation ist in 4D gezeigt. Bei Erreichen dieser Endlage wurde das Kühlmodul 9 beispielsweise um eine Wegstrecke S3 von ca. 75 mm entgegen Fahrtrichtung nach hinten versetzt.
Der erfindungsgemäße Frontaufbau 1 schafft somit eine Möglichkeit, dass das Kühlmodul 9 bei einer in Fahrzeuglängsrichtung (x) auf das Stoßfängersystem 25 einwirkenden und verformenden Kraft entgegen der Fahrtrichtung translatorisch nach hinten verlagert wird. Bei beginnender Verformung des Stoßfängersystems 25 werden zunächst die Schaumteile 24 komprimiert, wobei erst bei Erreichen der maximalen Komprimierbarkeit der Schaumteile 24 eine entgegen der Fahrtrichtung wirkende Kraft auf das Kühlmodul 9 ausgeübt wird. Bei einem vorbestimmten Kraftschwellwert, der durch die elastische Verformbarkeit der Haltezapfen 21 und die lichte Weite der Übergangsbereiche 18 gegeben ist, werden die Haltezapfen 21 von den ersten Haltebereichen 17 durch die verengten Übergangsbereiche 18 in die zweiten Haltebereiche 19 gedrückt, wobei das Kühlmodul 9 im Ausführungsbeispiel um ca. 40 bis 45 mm entgegen der Fahrtrichtung nach hinten verschoben werden kann. In Verbindung mit der Komprimierung der Schaumteile 24 können hier beispielsweise ca. 75 mm Freiraum bis zum Auftreten einer Beschädigung am Kühlmodul 9 gewonnen werden.
Die Befestigung des Kühlmoduls 9 an der Tragstruktur 2 durch die Halteeinrichtung 13 ist hier beispielsweise so ausgebildet, dass eine in etwa gleichmäßige Krafteinleitung in die Halteeinrichtung 13 bzw. Kühlmodulhalter 14 erfolgt, so dass die Verschiebung des Kühlmoduls 9 in etwa parallel zum Stoßfängersystem 25 erfolgt. Das Fahrzeug bleibt so beispielsweise bei einem Aufprall auf ein stehendes Hindernis mit bis zu ca. 18 km/h weiterhin fahrbereit. Nach einer solchen leichten Kollision kann das Kühlungsmodul 9 in einfacher Weise beispielsweise manuell in seine ursprüngliche Einbaulage zurückgeschoben werden.
Bezugszeichenliste

1: Frontaufbau
2: Tragstruktur
3: Strukturquerträger
4: Strebe
5: Befestigungsflansch
6: Bohrung
7: Stoßfängerquerträger
8: Crashbox
9: Kühlmodul
10: Wasserkasten
11: Kondensator
12: Ladeluftkühler
13: Halteeinrichtung
14: Kühlmodulhalter
15: Endabschnitt
16: Einsenkung
17: erster Haltebereich
18: Übergangsbereich
19: zweiter Haltebereich
20: Ende
21: Haltezapfen
22: gerundete Fläche
23: gerade Fläche
24: Schaumteil
25: Stoßfängersystem
26: Drehpunkt
27: Langloch
28: Randabstellung
29: Öffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007020914 A1 [0006]

Claims

Frontaufbau (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einer mit Längsträgern eines Vorderrahmens verbindbaren Tragstruktur (2), an der ein Kühlmodul (9) mittels einer Halteeinrichtung (13) befestigt ist, und einem dem Kühlmodul (9) vorgelagerten Stoßfängerquerträger (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (13) zumindest zwei Kühlmodulhalter (14) umfasst, die an einem aus Tragstruktur (2) und Kühlmodul (9) gewählten Bauteil angebracht und mit länglichen Ausnehmungen (16, 27) versehen sind, in denen am jeweils anderen Bauteil angebrachte Halteelemente (21) verankert sind, wobei die Halteeinrichtung (13) so ausgebildet ist, dass beim Zurückweichen des Stoßfängerquerträgers (7) eine translatorische Verlagerung des Kühlmoduls (9) entgegen der Fahrtrichtung (–x) ermöglicht ist.
Frontaufbau (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die länglichen Ausnehmungen (16, 27) der Kühlmodulhalter (14) in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstrecken.
Frontaufbau (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen der Kühlmodulhalter (14) wenigstens teilweise in Form einseitig offener Einsenkungen (16) ausgebildet sind.
Frontaufbau (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (16, 27) der Kühlmodulhalter (14) jeweils einen Haltebereich (17) aufweisen, der das Halteelement (21) bis zu einem vorbestimmten Kraftschwellwert in seiner Position fixiert und bei Überschreiten des vorbestimmten Kraftschwellwerts eine Verschiebung des Halteelements (21) entlang der Ausnehmung (16, 27) ermöglicht.
Frontaufbau (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (16, 27) der Kühlmodulhalter (14) jeweils einen ersten Haltebereich (17) aufweisen, der über einen verengten Übergangsbereich (18) mit einem zweiten Haltebereich (19) verbunden ist, wobei der erste Haltebereich (17) das Halteelement (21) bis zu einem vorbestimmten Kraftschwellwert in seiner Position fixiert und bei Überschreiten des vorbestimmten Kraftschwellwerts eine Verschiebung des Halteelements (21) entlang der Ausnehmung (16, 27) bis zum zweiten Haltebereich (19) ermöglicht, wobei der zweite Haltebereich (19) eine weitere Verschiebung des Halteelements (21) verhindert.
Frontaufbau (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (21) wenigstens abschnittsweise aus einem elastisch verformbaren Material bestehen.
Frontaufbau (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (21) jeweils mit einer oder mehreren Öffnungen (29) zur Einstellung der elastischen Verformbarkeit versehen sind.
Frontaufbau (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (21) jeweils durch einen Klemmsitz im Haltebereich (17, 19) fixiert sind.
Frontaufbau (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (13) so ausgebildet ist, dass sie eine translatorische Verlagerung des Kühlmoduls (9) parallel zum Stoßfängerquerträger (7) ermöglicht.
Frontaufbau (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmodulhalter (14) jeweils mit wenigstens einer versteifenden Randabstellung (29) versehen sind.
Frontaufbau (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmodul (9) über zumindest ein Energie absorbierendes erstes Verformungselement (24) mit dem Stoßfängerquerträger (7) verbunden ist.
Frontaufbau (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verformungselement (24) zumindest abschnittsweise aus einem komprimierbaren Schaummaterial besteht.
Frontaufbau (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoßfängerquerträger (7) über Energie absorbierende zweite Verformungselemente (8) mit der Tragstruktur (2) verbunden ist.
Frontaufbau (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Verformungselemente (8) jeweils mit einer aus miteinander verbundenen Wandelementen aufgebauten Fachwerkstruktur versehen sind.
Kraftfahrzeug mit einem Frontaufbau (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.