-
Die
Erfindung betrifft eine Karosserie für einen Personenkraftwagen
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Solche
Karosserien sind dem Stand der Technik als allgemein bekannt zu
entnehmen. Üblicherweise
weisen sie eine Fahrgastsicherheitszelle auf, die besonders deformationssteif
ausgebildet ist und die Fahrzeuginsassen im Falle eines Unfalls schützen soll.
An die Sicherheitszelle schließen
sich weiterhin üblicherweise
Vorbau- und Heckstrukturen an, die im Gegensatz zur Fahrgastzelle
wesentlich leichter deformierbar sind, so dass bei einem Frontal- oder
Heckaufprall auf den Kraftwagen eingeleitete Energien bereits größtenteils
abgebaut werden, bevor sie in die Fahrgastzelle eingeleitet werden
können.
-
Solche
Karosserien haben sich für
konventionelle Kraftwagen mit Brennkraftmaschinen vielfach bewährt. Die
Tendenz zur Verwendung alternativer Antriebstechnologien führt jedoch
zu neuen Anforderungen im Karosseriebau. Das geschilderte klassische
Karosseriekonzept ist insbesondere für brennstoffzellengetriebene
Kraftwagen, die auf Wasserstoffbasis angetrieben werden, nur bedingt
geeignet. Im Gegensatz zu den Tanks brennkraftmaschinengetriebener
Kraftwagen bedürfen
die Tanks für
Wasserstoff oder ähnliche
Betriebsgase für
Brennstoffzellen eines wesentlich höheren Schutzes. Gleiches gilt
für die
Brennstoffzelle selbst. Im Gegensatz zu einem Tank für Kraftstoffe
auf Kohlenwasserstoffbasis stehen Wasserstofftanks unter einem hohen
Innendruck. Aus diesem Grund sind sie auch massiver gebaut, so dass
ein Eindringen der Tanks in die Fahrgastzelle verhindert werden
muss. Weiterhin gilt es, Beschädigungen
der Tanks selbst auch bei einem Unfall zu vermeiden, da im Gegensatz
zu flüssigen Kohlenwasserstoffen,
welche vor einer Entzündung erst
verdampfen müssen,
der gesamte Inhalt von Gastanks bei einer Beschädigung sofort zündfähige Gemische
mit der Umgebungsluft bilden kann. Bei Verwendung einer konventionellen
Karosserie würden jedoch
derartige Wasserstofftanks sowie die Brennstoffzelle selbst in Bereichen
der Karosserie zu liegen kommen, welche üblicherweise als Knautschzone
dienen. Bei einem Unfall ist das Beschädigungsrisiko für die Tanks
und die Brennstoffzelle daher hoch, was die Sicherheit eines derartigen
Kraftwagens nachteilig beeinflusst.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Karosserie
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 so weiter zu entwickeln, dass
eine sichere Verwendung dieser Karosserie für Fahrzeuge mit insbesondere
wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen ermöglicht wird.
-
Diese
Aufgabe wird durch eine Karosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
-
Eine
solche Karosserie für
einen Personenkraftwagen weist eine Fahrgastzelle sowie wenigstens
eine weitere Karosseriestruktur auf, welche in Fahrzeuglängsrichtung
vor und/oder hinter der Fahrgastzelle angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass diese Karosseriestruktur einen deformationssteifen, geschlossenen
Rahmen aufweist. Im Gegensatz zu konventionellen Karosserien weist eine
erfindungsgemäße Karosserie
also neben der Fahrgastzelle weitere Bereiche auf, die einen vergleichbaren
Schutz für
innerhalb dieser Bereiche gelegene Komponenten bietet wie die Fahrgastzelle
für die
Fahrzeuginsassen. Innerhalb solcher Karosseriestrukturen können somit
Komponenten von Brennstoffzellenfahrzeugen wie beispielsweise Wasserstofftanks
oder die Brennstoffzelle selbst untergebracht werden, die es bei
einem Unfall zu schützen gilt.
Durch die deformationssteife Ausbildung der Karosseriestrukturen
wird die Krafteinwirkung auf innerhalb der Karosseriestrukturen
angeordnete Komponenten minimiert, so dass auch das Eindringen dieser
Komponenten in die Fahrgastzelle unwahrscheinlicher wird.
-
Bevorzugt
ist der Rahmen einer solchen deformationssteifen Karosseriestruktur
unmittelbar an die Fahrgastzelle angebunden. Fahrgastzelle und zusätzliche
Karosseriestrukturen bilden somit einen durchgängigen deformationssteifen
Kern des Fahrzeugs, der so ausgelegt ist, dass er einen Unfall weitestgehend
unbeschädigt überstehen
kann.
-
Bevorzugt
sind sowohl in Richtung der Fahrzeugfront als auch in Richtung des
Fahrzeughecks jeweils ein solcher deformationssteifer geschlossener
vorderer bzw. hinterer Rahmen unmittelbar an der Fahrgastzelle angebunden.
Damit steht genügend geschützter Bauraum
zur Verfügung,
um alle notwendigen Tanks und die Brennstoffzelle selbst aufzunehmen.
-
Der
vordere Rahmen ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im
Wesentlichen auf der Höhe
einer unteren Längsträgerebene
der Karosserie angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist er dabei zusätzlich
mit einem Stirnwandquerträger
der Fahrgastzelle verbunden. Damit wird insbesondere eine besonders
gefährliche Intrusion
von innerhalb des vorderen Rahmens angeordneten Komponenten in den
Fußraum
der Fahrgastzelle vermieden.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der vordere Rahmen zusätzlich über wenigstens
eine Versteifungsstrebe mit einem oberen Längsträger eines Vorbaus der Karosserie
verbunden. Zusammen mit den oberen Längsträgern bildet der vordere Rahmen
damit einen geschlossenen, weitestgehend deformationsstabilen Bereich,
was den geschützten
Bauraum weiter erhöht.
Ist lediglich der auf unterer Längsträgerebene
angeordnete Rahmen in sich geschlossen, die von den oberen Längsträgern gebildete
Struktur jedoch offen, so wird bei einem Frontalaufprall auf innerhalb
des Rahmens angeordnete Komponenten ein in Richtung der Fahrzeughochachse
nach unten gerichtetes Moment erzeugt, so dass diese nach unten
hin „wegtauchen”. Damit
wird das Eindringen dieser Komponenten in die Fahrgastzelle weiter
unwahrscheinlicher gemacht.
-
Der
vordere Rahmen weist zudem bevorzugterweise einen in Kraftwagenlängsrichtung
vorderen Anbindungsbereich zum Anbinden wenigstens eines Deformationselements
auf. Mit anderen Worten ist der harte, deformationsstabile Kern
des Kraftwagens in dieser bevorzugten Ausführungsform von einem deformationsweichen
Außenbereich
umgeben, der bei einem Unfall einwirkende Kräfte durch seine Deformation
abbauen kann.
-
Der
hintere Rahmen der Karosserie weist bevorzugterweise eine erste
Rahmenebene auf, welche im Wesentlichen auf der Höhe einer
Oberkante einer Heckwand der Karosserie angeordnet ist. In weiterer Ausgestaltung
der Erfindung kann eine zweite Rahmenebene vorgesehen sein, welche
in einem Höhenabstand
unterhalb der ersten Rahmenebene angeordnet ist. Beide Ebenen können selbstverständlich verstrebt
werden, so dass sich ein insgesamt kastenförmiger Karosseriebereich ergibt,
der im Heck des Fahrzeugs angeordnete Komponenten, insbesondere
eine Brennstoffzelle, vor Beschädigungen
im Falle eines Unfalls schützt.
-
Bevorzugt
ist im Bereich der ersten Rahmenebene ein flächiges Versteifungselement
vorgesehen, welches sich im Wesentlichen über die ganze Rahmenlänge und/oder
Rahmenbreite erstreckt. Dieses ist in einer bevorzugten Ausführungsform
aus einem Leichtmetallschaum, insbesondere aus Aluminiumschaum ausgebildet.
Damit ergibt sich eine hervorragende Versteifung des hinteren Rahmens,
welche Energien im Wesentlichen unabhängig von der Aufprallrichtung
des Fahrzeugs beim Unfall aufnehmen kann.
-
Wie
bereits beim vorderen Rahmen geschildert, kann der hintere Rahmen
ebenfalls einen in Fahrzeuglängsrichtung
hinteren Anbindungsbereich für
wenigstens ein Deformationselement aufweisen, so dass auch das Fahrzeugheck
und gegebenenfalls zusätzlich
Seitenbereiche von weichen Deformationsstrukturen umgeben sind,
die im Falle eines Unfalls eingeleitete Energie dissipieren können.
-
Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnungen
näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
-
1 eine
perspektivische Darstellung einer unteren Trägerebene eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Karosserie;
-
2 die
Frontpartie eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Karosserie;
-
3 die
Heckpartie eines Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Karosserie;
-
4 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Karosserie;
und
-
5 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Karosserie
mit zusätzlichen
Energieabsorptionselementen.
-
Eine
im Ganzen mit 10 bezeichnete Karosserie umfasst eine Fahrgastzelle 12,
welche in sich deformationssteif ausgebildet ist, um die Fahrzeuginsassen
vor Verletzungen bei einem Unfall zu schützen. Nach vorne hin schließt sich
eine weitere Karosseriestruktur in Form eines geschlossenen Rahmens 14 an,
welcher von zwei Längsträgerelementen 16und
zwei Querträgerelementen 18 gebildet
wird. Die Querträgerelemente 18 sind
dabei durch Längsstreben 20 miteinander
verbrückt.
Der vordere Rahmen 14 ist daher selbst deformationssteif
ausgebildet, so dass im Falle eines Unfalls nur minimale Verformungen
auftreten. Bei einem Brennstoffzellenfahrzeug können daher im vorderen Rahmen 14 Wasserstofftanks 22 untergebracht
werden, ohne dass bei einem Unfall das Risiko der Beschädigung der
Wasserstofftanks auftritt.
-
Der
vordere Rahmen 14 ist über
Verlängerungen 24 seiner
Längsträger mit
dem Stirnwandquerträger 26 der
Fahrgastzelle direkt verbunden. Die Fahrgastzelle 12 und
der vordere Rahmen 14 bilden daher eine durchgängige deformationssteife Struktur.
-
Nach
hinten schließt
sich an die Fahrgastzelle 12 ein hinterer Rahmen 28 an,
welcher direkt an einen Heckwandquerträger 30 der Fahrgastzelle 12 angebunden
ist. Der hintere Rahmen 28 umfasst Längsträgerelemente 32, welche
von Querstreben 34 gegeneinander abgestützt sind, so dass sich auch hier
ein deformationssteifer Rahmen ergibt. Im Bereich des hinteren Rahmens 28 können daher
weitere Wasserstofftanks 22, sowie die in 1 selbst nicht
dargestellte Brennstoffzelle untergebracht werden, wobei diese ebenfalls
bei einem Unfall vor Beschädigungen
geschützt
sind.
-
Wie
aus 2 ersichtlich, ist der vordere Rahmen auf Höhe des unteren
Stirnwandquerträgers 26 angeordnet.
Oberhalb des vorderen Rahmens 14 erstreckt sich eine zweite
Längsträgerebene
mit sich überkreuzenden
Längsträgern 36,
welche über
in Fahrzeughochrichtung verlaufende Streben 38 mit dem
vorderen Rahmen 14 verbunden sind. Umgeben wird die Gesamtstruktur
von Radkastenstreben 40, welche über eine vordere Querstrebe 42 miteinander verbrückt sind.
Im Raum zwischen der vorderen Querstrebe 42 und dem vorderen
Querträger 18 des vorderen
Rahmens 14 sowie den Flanschplatten 44 der Längsträger 36 der
oberen Längsträgerebene können Deformationselemente
bereitgestellt werden, wobei der vordere Querträger 18 des vorderen
Rahmens 14 sowie die Flanschplatten 44 als Anbindungsbereiche
für derartige
Deformationselemente ausgebildet sein können. Bei einem Frontalaufprall eingeleitete
Energien können
in diesem Bereich also dissipiert werden.
-
Wie
in 3 ersichtlich, befindet sich im Heckbereich des
Kraftwagens oberhalb der Längsträger 32 des
hinteren Rahmens 28 eine zweite Längsträgerebene mit Längsträgern 46,
welche über einen
hinteren Querträger 48 sowie
Versteifungsstreben 50 miteinander verbunden sind und unmittelbar an
einen oberen Heckwandquerträger 52 der
Fahrgastzelle 12 angebunden sind. Die oberen Längsträger 46 sind
weiterhin mit den unteren Längsträgern 32 über senkrecht
verlaufende Stützen 54 verbunden,
welche auch den Anbindungsbereich für die hintere Radaufhängung 56 ausbilden.
Es ergibt sich hierdurch eine geschlossene kastenförmige Struktur für den hinteren
Rahmen 28, welche ein besonders großes geschütztes Volumen für Wasserstofftanks, Brennstoffzelle
und dergleichen zur Verfügung
stellt.
-
Wie
aus 4 ersichtlich, kann auf der Ebene der oberen Längsträger 46 des
hinteren Rahmens 28 noch ein plattenförmiges Versteifungselement 58 vorgesehen
sein, welches bevorzugt aus einem Aluminiumschaum besteht. Dies
verleiht dem hinteren Rahmen 28 zusätzliche Stabilität, unabhängig von
einer Aufprallrichtung im Falle eines Unfalls.
-
Wie 4 zeigt,
bilden der vordere Rahmen 14, die Fahrgastzelle 12 und
der hintere Rahmen 28 eine durchgängige, deformationsstabile
Struktur, welche im Falle eines Unfalls weitestgehend unbeeinträchtigt bleiben
soll. Durch die gesamte Struktur zieht sich der Mitteltunnel 60,
der mit zusätzlichen Längsträgerelementen 62 sowie
rippenförmigen
Versteifungselementen 64 versehen ist, und damit den gesamten,
aus vorderem Rahmen 14, Fahrgastzelle 12 und hinterem
Rahmen 28 gebildeten deformationssteifen Kern des Kraftwagens
weiter stabilisiert. Ein heckseitiger Anschlussbereich 66 des
unteren Längsträgers 62 des
Mitteltunnels 60 verläuft
im Bereich des hinteren Rahmens 28 nach oben und schließt sich
an den Längsträger 32 der
unteren Längsträgerebene
des hinteren Rahmens 28 an, so dass auch hier eine durchgängige Kraftleitung
gewährleistet
ist.
-
Um
den in 4 dargestellten harten und deformationsstabilen
Kern der Kraftwagenkarosserie 10 werden zur weiteren Verbesserung
des Deformationsverhaltens vordere Crashelemente 68 sowie hintere
Crashelemente 70 angeordnet. Die vorderen Crashelemente 68 umfassen
dabei eine zentral angeordnete Crashbox 72 sowie eine zickzackförmige Verstrebung 74,
welche sich vom Bereich des vorderen Querträgers 18 des vorderen
Rahmens 14 bis zur Querverstrebung 42 erstrecken
und seitlich über
weitere Stützbleche 76 sowohl
mit den Flanschplatten 44 der oberen Längsträgerebene des Vorbaus, also
den Längsträgern 36,
als auch mit den Radhausstreben 40 verbunden sind. Im Bereich
seitlich der Crashbox 72 sind im vollständigen Kraftwagen weiterhin
die Hauptwasserkühler
angeordnet, welche ebenfalls Energie im Falle eines Frontalaufpralls
aufnehmen können.
Die hinteren Deformationselemente 70 umfassen zwei Biegeträger 78,
welche über
Stützelemente 80 an
der Karosserie 10 befestigt sind. Die Stützelemente 80 sind
dabei als Fortsetzungen der oberen Längsträger 46 des hinteren
Rahmens 28 und der unteren Längsträger 32 des hinteren
Rahmens 28 ausgebildet. Auch im Heckbereich steht somit
ein deformationsweicher Energieabsorptionsbereich zur Verfügung, welcher
den harten, deformationsstabilen, vom hinteren Rahmen 28 gebildeten Kern
umgibt, so dass bei einem Unfall eingeleitete Energie zunächst abgebaut
wird, bevor sie in den deformationsstabilen, aus dem vorderen Rahmen 14, der
Fahrgastzelle 12 und dem hinteren Rahmen 28 gebildeten
Kern eingeleitet wird.