DE102005057707A1

DE102005057707A1 - Vordersäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102005057707A1
Application number: DE200510057707
Authority: DE
Inventors: Falk Biesdorf; Daniel Carle; Jürgen Sander; Stefan Kurze; Olaf Von Sawitzky
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-12-03
Also published as: DE102005057707B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vordersäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Vordersäule, die einen Dachbereich (12) und einen Basisbereich (14) aufweist, wobei im Inneren des Dachbereichs (12) ein sich in Längsrichtung der Vordersäule erstreckendes Verstärkungselement (18) angeordnet ist, wobei sich das Verstärkungselement (18) im Inneren des Dachbereichs (12) derartig in das Innere des Basisbereichs (14) erstreckt und das Verstärkungselement (18) im Basisbereich (14) lediglich abschnittsweise so fixiert ist, dass Kräfte aus dem Verstärkungselement (18) großflächig in den Basisbereich (14) der Vordersäule eingeleitet werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vordersäulenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Vordersäule, die einen Dachbereich und einen Basisbereich aufweist, wobei im Inneren des Dachbereichs ein sich in Längsrichtung der Vordersäule erstreckendes Verstärkungselement angeordnet ist.

Die Vordersäule, auch A-Säule genannt, erstreckt sich in der Regel von einem Schweller eines Kraftfahrzeugs nach oben bis zu einem Punkt, an dem bei einem geschlossenen Fahrzeug eine vordere Dachschiene mit einer Dachseitenschiene zusammentrifft. Unter dem Dachbereich der Vordersäule ist der Abschnitt der Vordersäule zu verstehen, der von dem höchsten Punkt der Vordersäule innerhalb einer Fahrzeugkarosserie bis zu einem Punkt reicht, der sich in etwa auf der Höhe eines seitlichen Außenspiegels befindet. Der Abschnitt der Vordersäule, der diesen Punkt mit dem Schweller des Kraftfahrzeugs verbindet, wird dagegen hier als Basisbereich der Vordersäule bezeichnet. Der Dachbereich der Vordersäule setzt sich in der Regel aus zwei oder mehr Blechen in Schalenbauweise zusammen und bildet so einen Säulenquerschnitt, der aufgrund von gesetzlichen Vorgaben und einem bestimmten Anspruch an das Design nicht beliebig gestaltet werden kann. Um insbesondere bei einem offenen Fahrzeug den Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden und die Stabilität bei einem Überschlag zu erhöhen, wird im Inneren dieses Säulenquerschnitts ein Verstärkungsrohr angeordnet, das mit der Vordersäule in geeigneter Weise verbunden ist. Das Verstärkungsrohr nutzt jedoch mit seinem runden Rohrquerschnitt nicht den durch die Blechschalen vorgegebenen Querschnitt der Vordersäule aus. Um eine höhere Steifigkeit der Vordersäule in diesem Bereich zu erreichen, muss daher außerdem eine entsprechend hohe Schalenstärke gewählt werden. Auf diese Weise wird jedoch das Gesamtgewicht der Vordersäule sehr erhöht, was in der modernen Fahrzeugtechnik als nachteilig angesehen wird. Außerdem ist das Verstärkungsrohr im Stand der Technik nur über einen sehr kurzen Abschnitt in dem Basisbereich der Vordersäule eingespannt, was innerhalb der Vordersäule lokal zu hohen Spannungen führen kann. Um die Steifigkeit der Vordersäule im Dachbereich zu erhöhen, ohne den Säulenquerschnitt zu vergrößern und ohne eine komplizierte Form vorzusehen, wird in der DE 195 18 946 vorgeschlagen, innerhalb dieses Bereichs der Vordersäule ein aus Leichtmetallextrudat hergestelltes Verstärkungselement anzuordnen, welches eine im Wesentlichen gleiche äußere Form aufweist wie eine innere Form des Vordersäulenquerschnitts. Um in dem Basisbereich der Vordersäule eine ähnliche Steifigkeit zu erreichen und die Kräfte aus dem Verstärkungselement in den Basisbereich der Vordersäule einzuleiten, ist eine derartige Konstruktion nicht geeignet, da die Vordersäule im Basisbereich anders geformt ist als im Dachbereich. Insbesondere wenn das Verstärkungselement aus einem anderen Material, wie etwa Stahl, gefertigt sein soll, ist außerdem mit nicht unerheblichen Fertigungstoleranzen zu rechnen, so dass sehr viel Ausschuss entstehen würde, wenn man das Verstärkungselement über den Dachbereich hinaus in der beschriebenen Art und Weise fixieren wollte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vordersäulenanordnung bereit zu stellen, die eine hohe Steifigkeit der gesamten Vordersäule gewährleistet und in der gleichzeitig eventuelle Fertigungstoleranzen eines verwendeten Verstärkungselements ausgeglichen werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Vordersäulenanordnung gelöst, bei der sich das Verstärkungselement von dem Inneren des Dachbereichs derartig in das Innere des Basisbereichs erstreckt und bei der das Verstärkungselement im Basisbereich lediglich abschnittsweise so fixiert ist, dass Kräfte aus dem Verstärkungselement großflächig in den Basisbereich der Fahrzeugvordersäule eingeleitet werden können. Das Fixieren schließt im Sinne der Erfindung auch diejenigen Befestigungsmöglichkeiten ein, die ein gewisses Spiel des befestigten Elements zulassen. Dadurch, dass sich das Verstärkungselement deutlich in das Innere des Basisbereichs der Vordersäule erstreckt, wird innerhalb des Basisbereichs das Auftreten von lokal zu hohen Spannungen verhindert und die Vordersäule wird über ihren gesamten Bereich stabilisiert. Der Erfindung liegt außerdem die Erkenntnis zugrunde, dass das Verstärkungselement im Basisbereich der Vordersäule nicht durchgehend fixiert sein muss, um eine Kraftübertragung von dem Verstärkungselement auf den Basisbereich der Vordersäule zu erreichen. Es genügt hingegen, eine partielle, nämlich abschnittsweise Fixierung des Verstärkungselements innerhalb des Basisbereichs vorzunehmen. Dabei ist eine Fixierung des Verstärkungselements in ein oder zwei Abschnitten völlig ausreichend. Dadurch, dass das Verstärkungselement innerhalb des Basisbereichs lediglich abschnittsweise fixiert ist, können Fertigungstoleranzen, die bei der Herstellung des Verstärkungselements häufig nicht zu vermeiden sind, leicht ausgeglichen werden, ohne dass die Stabilität in irgendeiner Weise beeinträchtigt wird.

In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das Verstärkungselement mindestens über die Hälfte und vorzugsweise mindestens über zwei Drittel eines Längsverlaufs des Basisbereichs erstreckt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die Kräfte dese Verstärkung der Vordersäule durch das Verstärkungselement verzichtet werden.

Vorteilhafterweise ist das Verstärkungselement innerhalb des Basisbereichs im Wesentlichen L-förmig ausgebildet. Die Biegung der L-Form ermöglicht eine sehr gleichmäßige Verteilung von Kräften auf eine große Fläche, wodurch die Stabilität der erfindungsgemäßen Vordersäulenanordnung weiter erhöht wird. Die Schenkel der L-Form können auch gleich lang sein und müssen nicht unbedingt einen 90°-Winkel einschließen. Je nach Form des Basisbereichs der Vordersäule können Winkel im Bereich von 60° bis 120° realisiert sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Biegung des L-förmig ausgebildeten Verstärkungselements im Wesentlichen zwischen zwei fixierten Abschnitten oder zwischen einem fixierten Abschnitt und dem Teil des Verstärkungselements innerhalb des Dachbereichs angeordnet.

Die Fixierung von Abschnitten des Verstärkungselements im Basisbereich der Vordersäule erfolgt vorteilhafter Weise durch eine Einfassung, die es ermöglicht, dass Kräfte von dem Verstärkungselement optimal auf die Schalen der Vordersäule übertragen werden. Die Einfassung des Verstärkungselements kann dabei durch unterschiedliche Ausgestaltungen realisiert werden. In einer Ausgestaltung ist die Vordersäule im Basisbereich zur Einfassung eines Abschnitts des Verstärkungselements derart geformt, dass sie diesen formschlüssig oder nahezu formschlüssig aufnimmt. Durch die nahezu formschlüssige Aufnahme wird ein gewisses Spiel des Verstärkungselements innerhalb der Einfassung zugelassen. In einer anderen Ausgestaltung ist im Inneren der Vordersäule im Basisbereich zur Fixierung eines Abschnitts des Verstärkungselements mindestens ein Verbindungselement angeordnet, das seinerseits durch Kleben, Schrauben, Nieten oder Schweißen an einer Schale oder Schalen der Vordersäule befestigt ist.

Das Verbindungselement muss jedoch nicht unbedingt eine Einfassung ermöglichen, es kann auch lediglich als Befestigungshilfe dienen.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Abschnitt des Verstärkungselements über ein Füllmaterial, insbesondere einen Klebstoff, an der Vordersäule oder an dem mindestens einen Verbindungselement fixiert. Durch das Zusammenwirken von nahezu formschlüssiger Einfassung und Füllmaterial wird einerseits eine Bewegung des Verstärkungselements innerhalb der Einfassung verhindert und andererseits können Fertigungstoleranzen des Verstärkungselements optimal ausgeglichen werden, ohne unnötige Kosten durch eine aufwändige Fertigung zu produzieren. Dies gilt gleichermaßen auch für eine Kombination aus Füllmaterial und einem zu dem Verstärkungselement etwas beabstandeten Verbindungselement, da auch durch diese Kombination Fertigungstoleranzen des Verstärkungselements hervorragend ausgeglichen werden können. Schließlich muss das Verstärkungselement in beiden Fällen nicht unmittelbar an das Verbindungselement oder die Vordersäule passgenau angrenzen, da die Fixierung mit Hilfe des Füllmaterials bzw. des Klebstoffes erfolgt. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn das Verstärkungselement innerhalb des Dachbereichs in seiner äußeren Querschnittsform im Wesentlichen dem Innenquerschnitt der Vordersäule entspricht. In diesem Fall wird das Verstärkungselement innerhalb des Dachbereichs formschlüssig von der Vordersäule aufgenommen, so dass in diesem Bereich Fertigungstoleranzen kaum ausgeglichen werden können. Ist also im Basisbereich der Vordersäule bei der abschnittsweisen Befestigung ein gewisses Spiel des Verstärkungselements, zumindest vor seiner Fixierung mit Hilfe von Füllmaterial, möglich, kann das Verstärkungselement innerhalb des Dachbereichs genau eingepasst werden, während die Fertigungstoleranzen im Basisbereich durch die zugelassene Variabilität und die Verwendung von Füllmaterial ausgeglichen werden.

Um eine besonders hohe Steifigkeit der Vordersäule zu erreichen, ist in einer Ausgestaltung der Erfindung das Verstärkungselement aus Stahl gefertigt. Stahl ist zwar sehr viel schwerer als etwa ein Leichtmetallextrudat, es führt jedoch zu einer sehr viel höheren Stabilität, so dass darauf verzichtet werden kann, zusätzliche Stabilisierungsmaßnahmen vorzunehmen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vordersäulenanordnung;
2 einen Querschnitt durch einen Dachbereich der in 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vordersäulenanordnung;
3 einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Basisbereichs der in 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vordersäulenanordnung; und
4 einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Basisbereichs einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vordersäulenanordnung.
In 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vordersäulenanordnung 10 schematisch dargestellt. Diese Ausführungsform ist Teil einer Karosserie, die vor allem bei Cabriolets Anwendung findet. Eine Vordersäule der Vordersäulenanordnung 10 umfasst einen Dachbereich 12 und einen Basisbereich 14, wobei der Basisbereich 14 den Dachbereich 12 mit einem Schweller 16 verbindet. Innerhalb der Vordersäule ist ein Verstärkungselement 18 angeordnet, das die Stabilität und Steifigkeit der Vordersäule erhöht. Wie aus dem in 2 dargestellten Querschnitt des Dachbereichs 12 hervorgeht, ist das Verstärkungselement 18 in diesem Bereich profiliert ausgebildet, so dass es in seiner äußeren Querschnittsform im Wesentlichen dem Innenquerschnitt der Vordersäule entspricht. Die Vordersäule wird dabei aus einer äußeren Schale 20 und einer inneren Schale 22 gebildet. Das profilierte Verstärkungselement 18 ist innerhalb des Vordersäulendachbereichs bereits durch seine Form an der Vordersäule fixiert. Zusätzlich kann das Verstärkungselement 18 allerdings auch mittels Schweißen oder Kleben oder Nieten oder Schrauben mit dem Dachbereich 12 der Vordersäule verbunden sein. In einer von 2 abweichenden Variante der in 1 dargestellten Ausführungsform ist das Verstärkungselement 18 als einfaches Rohr ausgebildet. Ein solches Rohr ist wesentlich leichter herzustellen und aus diesem Grund eine preiswerte Alternative.
Wie in 1 durch Schraffierungen angedeutet, ist das Verstärkungselement 18 innerhalb des Basisbereichs 14 der Vordersäule an zwei Abschnitten fixiert.
Die Fixierung eines ersten Abschnittes 24 erfolgt über zwei Blechteile, die mit der Vordersäule verbunden sind und das Verstärkungselement 18 derart einfassen, dass das Verstärkungselement mindestens zu einem der beiden Blechteile geringfügig beabstandet ist. Dieser Abstand wird durch ein Füllmaterial, insbesondere durch einen Klebstoff, ausgefüllt. Die als Verbindungselemente verwendeten Blechteile können auch innerhalb des Dachbereichs mit der Vordersäule verbunden sein und von diesem Bereich in den Basisbereich hineinragen. Die Verbindung mit der Vordersäule erfolgt vorzugsweise durch Schweißen oder Kleben.
Das Verstärkungselement 18 ist außerdem an einem zweiten Abschnitt 26 an der Vordersäule fixiert. Zwischen den fixierten Abschnitten 24 und 26 ist eine Biegung ausgebildet, die einerseits dazu dient dem Verlauf der Vordersäule zu folgen aber andererseits auch so ausgebildet ist, dass durch sie auf das Verstärkungselement 18 wirkende Kräfte großflächig auf den Basisbereich 14 der Vordersäule übertragen werden können. Die Schenkel des Verstärkungselements 18, die durch die Biegung verbunden werden, schließen zu diesem Zweck annähernd einen Winkel von 90° ein. Nur um dem Verlauf der Vordersäule zu folgen, wäre ein wesentlich geringerer Winkel notwendig. Die Fixierung des zweiten Abschnittes 26 erfolgt mit Hilfe einer Einfassung des Verstärkungselements 18 durch eine in diesem Abschnitt entsprechend geformte Vordersäule. Schematisch ist ein Querschnitt durch diesen zweiten Abschnitt 26 des Verstärkungselements 18 und die diesen einfassenden Vordersäule in 3 dargestellt. Die äußere Schale 20 und die innere Schale 22 der Vordersäule sind danach so geformt, dass sie diesen zweiten Abschnitt 26 des Verstärkungselements 18 nahezu formschlüssig aufnehmen. Durch die Form der Schalen 20 und 22 werden drei Kammern gebildet, wobei das Verstärkungselement 18 in der mittleren Kammer geführt wird. Alternativ kann auch eine Ausgestaltung realisiert sein, bei der durch eine entsprechende Formgebung der Schalen 20 und 22 zwei Kammern gebildet werden, wobei die Einfassung des Verstärkungselements 18 dann in einer der beiden Kammern erfolgt. Die Kammern können jeweils offen oder geschlossen ausgebildet sein.
Wie aus 3 ersichtlich, ist zwischen dem Verstärkungselement 18 und den Schalen 20 und 22 im Einfassungsbereich jeweils lediglich ein Spalt angeordnet, der zur Einpassung des Verstärkungselements 18 mit Füllmaterial 28 gefüllt ist. Durch das Füllmaterial 28 wird eine Bewegung des Verstärkungselements innerhalb der Einfassung verhindert, wodurch ansonsten klappernde Geräusche entstehen könnten. Zur Fixierung des Verstärkungselements innerhalb der Vordersäule ist das Füllmaterial 28 jedoch nur optional. Schließlich sorgt allein die Einfassung der Verstärkungselementabschnitte 24 und 26 für eine Einleitung der Kräfte aus dem Verstärkungselement 18 in den Basisbereich 14 der Vordersäule.
In 4 ist ein Querschnitt durch den Basisbereich 14 der Vordersäule einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vordersäulenanordnung dargestellt. Das Verstärkungselement 18 ist in dieser Ausführungsform als Rohr ausgebildet und ebenfalls in einem Abschnitt innerhalb des Basisbereichs der Vordersäule durch diese nahezu formschlüssig eingefasst. Zwischen der inneren und äußeren Schale 22 und 20 einerseits und dem Verstärkungselement andererseits kann auch in dieser Variante ein Füllmaterial 28 verwendet werden.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird lediglich ein Abschnit des Verstärkungselements innerhalb des Basisbereichs der Vordersäule fixiert. Diese Fixierung entspricht dann der anhand der 3 und 4 beschriebenen Fixierung des zweiten Abschnittes des Verstärkungselements.

Claims

Vordersäulenanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug mit einer Vordersäule, die einen Dachbereich (12) und einen Basisbereich (14) aufweist, wobei im Inneren des Dachbereichs (12) ein sich in Längsrichtung der Vordersäule erstreckendes Verstärkungselement (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verstärkungselement (18) von dem Inneren des Dachbereichs (12) derartig in das Innere des Basisbereichs (14) erstreckt und das Verstärkungselement (18) im Basisbereich (14) lediglich abschnittsweise so fixiert ist, dass Kräfte aus dem Verstärkungselement (18) großflächig in den Basisbereich (14) der Vordersäule eingeleitet werden können.
Vordersäulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verstärkungselement (18) mindestens über die Hälfte, vorzugsweise mindestens über zwei Drittel, einer Länge des Basisbereichs (14) erstreckt.
Vordersäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (18) im Basisbereich (14) der Vordersäule an ein oder zwei Abschnitten (24, 26) fixiert ist.
Vordersäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (18) innerhalb des Basisbereichs (14) im Wesentlichen L-förmig ausgebildet ist.
Vordersäulenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegung des L-förmig ausgebildeten Verstärkungselements (18) im Wesentlichen zwischen zwei fixierten Abschnitten (24, 26) oder zwischen einem fixierten Abschnitt und dem Teil des Verstärkungselements (18) innerhalb des Dachbereichs (12) angeordnet ist.
Vordersäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (18) im Basisbereich (14) zur Fixierung abschnittsweise eingefasst.
Vordersäulenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vordersäule im Basisbereich (14) zur Einfassung eines Abschnitts (26) des Verstärkungselements (18) derart geformt ist, dass sie den Abschnitt (26) des Verstärkungselements (18) formschlüssig oder nahezu formschlüssig aufnimmt.
Vordersäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Vordersäule im Basisbereich (14) zur Fixierung eines Abschnittes (24) des Verstärkungselements (18) mindestens ein Verbindungselement angeordnet ist.
Vordersäulenanordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (24, 26) des Verstärkungselements (18) über ein Füllmaterial (28), insbesondere einen Klebstoff, an der Vordersäule oder an dem mindestens einen Verbindungselement fixiert ist.
Vordersäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (18) innerhalb des Dachbereichs (12) in seiner äußeren Querschnittsform im Wesentlichen dem Innenquerschnitt der Vordersäule entspricht.
Vordersäulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (18) aus Stahl gefertigt ist.