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Die
Erfindung betrifft ein Trägerelement
für eine
Knautschzone einer Kraftwagenkarosserie der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art.
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Aus
dem Serienfahrzeugbau von Kraftwagen sind bereits eine Vielzahl
von Trägerelementen
als bekannt zu entnehmen, welche im Bereich einer Knautschzone einer
Kraftwagenkarosserie angeordnet werden können. Beispielsweise sind bereits
eine Vielzahl von Längsträgern bekannt,
die aus als Teilschalen ausgebildeten Trägerteilen zusammengesetzt sind,
welche über
eine in Erstreckungsrichtung des Trägerelements verlaufende Fügverbindung
miteinander verbunden sind. Durch die Verbindung der beiden als
Teilschalen ausgebildeten Trägerteile
entsteht somit ein kastenförmiges
Trägerelement,
welches im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung in Längsrichtung
bzw. Erstreckungsrichtung unter Längenverkürzung deformiert werden kann.
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Als
problematisch bei derartigen Trägerelementen
ist der Umstand anzusehen, dass diese in bestimmen Längenbereichen – beispielsweise
Knick- und Eckbereichen oder in Anschlussbereichen mit weiteren
Bauteilen – bedingt
durch ihre Form eine erhöhte
Deformationssteifigkeit aufweisen, was zu unerwünschten Kraftspitzen im Verlauf
der Deformation bzw. Energieabsorption des Trägerelements führen kann.
Hierdurch ergibt sich insgesamt ein ungleichmäßiges Deformations- bzw. Energieabsorptionsvermögen der
Knautschzone bei ihrer unfallbedingten Längenverkürzung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Trägerelement der eingangs genannten Art
zu schaffen, dessen Deformationseigenschaften auf verbesserte Weise
eingestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Trägerelement
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen und
nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um
das Deformationsvermögen
des Trägerelements
auf verbesserte Weise einstellen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Fügverbindung
zwischen den wenigstens zwei Trägerteilen
in wenigstens einem Längenbereich
des Trägerelements
von geringerer Deformationssteifigkeit unterbrochen ausgebildet
ist. Mit anderen Worten sind demgemäß die Trägerteile in demjenigen Längenbereich
des Trägerelements
nicht miteinander verbunden, welcher eine geringere Deformationssteifigkeit
aufweisen soll, als dies der Fall wäre, wenn die beiden Trägerteile über die
Fügverbindung miteinander
verbunden wären.
Da dementsprechend die beiden Trägerteile
im Bereich von geringer Deformationssteifigkeit nicht miteinander
verbunden sind, können
die beiden Trägerteile
jeweils für
sich genommen deformiert werden. Da die beiden in diesem Bereich
einzeln wirkenden Trägerteile
in ihrer Summe eine geringere Deformationssteifigkeit aufweisen,
als dies der Fall wäre,
wenn beide Trägerteile über die Fügverbindung
miteinander verbunden sind, ergibt sich somit insgesamt eine Reduzierung
der Deformationssteifigkeit. Eine derartige Reduzierung der Deformationssteifigkeit
kann insbesondere in denjenigen Längenbereichen des Trägerelements
wünschenswert
sein, in welchen dieser in einem Knick bzw. über Eck verläuft, oder
aber eine andersartige Querschnittserweiterung, Versteifung oder
Anbindung an ein Anschlussbauteil aufweist.
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Da
die beiden Trägerteile
nicht miteinander verbunden sind, können diese sich insbesondere
in Faltrichtungen quer zur Erstreckungsrichtung des Trägerelements
deformieren. So ist es beispielsweise möglich, dass ein weitgehend
ebenes Trägerteil senkrecht
zur Erstreckungsrichtung des Trägerelements
ausknickt bzw. in diesem Bereich deformiert werden kann.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft
gezeigt, wenn eines der wenigstens zwei Trägerteile eine Mehrzahl von
Hohlkammern umfasst, welche quer – und insbesondere senkrecht – zur Erstreckungsrichtung
des Trägerelements
verlaufen. Ein derartiges Trägerteil
zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es auf einfache Weise
als Knotenelement einer in der sogenannten Space-Frame-Bauweise
hergestellten Knautschzone der Kraftwagenkarosserie ausgebildet
werden kann. Ein derartiges Knotenelement hat somit den Vorteil, einerseits
wenigstens ein Trägerprofil
mit einem Anschlussbauteil, der als Space-Frame ausgebildeten Kraftwagenkarosserie
zu verbinden, und andererseits bei der Energieabsorption beteiligt
werden zu können.
Da die Mehrzahl von Hohlkammern quer zur Erstreckungsrichtung und
somit quer zur Krafteinleitungswirkung einer Unfallkraft verlaufen,
kann das Karosseriebauteil im Falle beispielsweise eines Frontalaufpralls
des Kraftwagens auf einfache Weise deformiert werden. Es ist ersichtlich,
dass ein derartig gestaltetes Trägerteil
somit zur Verlängerung
der Knautschlänge
der Knautschzone beiträgt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft
gezeigt, wenn das die Mehrzahl von Hohlkammern umfassende Trägerteil
als Strangpressprofil ausgebildet ist. Hierdurch kann auf einfache
Weise das die Mehrzahl von Hohlkammern umfassende Trägerteil
geschaffen werden, wobei durch unterschiedliche Wanddicken der die
Hohlkammern begrenzenden Wände
auf einfache Weise das Deformationsvermögen des Trägerteils eingestellt werden kann.
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Darüber hinaus
hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Trägerelement zwei als Deckelteile ausgebildete
Trägerteile
umfasst, welche auf entgegengesetzten Seiten des die Mehrzahl von
Hohlkammern umfassenden weiteren Trägerteils festgelegt sind. Durch
derartige Deckelteile kann somit zunächst auf einfache Weise ein
Verschluss der Hohlkammern erreicht werden. Insbesondere haben die Deckelteile
jedoch den Vorteil, dass diese äußerst einfach
an dem die Hohlkammern umfassenden Trägerteil mit jeweiligen Fügverbindungen
festgelegt werden können.
In denjenigen Bereichen, in denen die Fügverbindungen zwischen dem
jeweiligen Deckelteil und dem die Hohlkammern umfassenden Trägerteil
nicht vorgesehen sind und welche demgemäß den Bereich des Trägerelements
von geringerer Deformationssteifigkeit bilden, können die beiden Deckelteile
somit unabhängig
bzw. ohne Verbindung zu dem die Hohlkammern aufweisenden Trägerteil deformiert
werden.
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Besonders
einfach ist das Deformationsvermögen
des Trägerelements
einzustellen, wenn dabei die Fügverbindungen
zwischen dem jeweiligen Deckelteil und dem weiteren Trägerteil
in miteinander in Überdeckung
liegenden Bereichen unterbrochen ausgebildet sind. Mit anderen Worten
hat es sich demzufolge als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die
beiden Deckelteile an den entgegengesetzten Seiten des weiteren
Trägerteils
mittels eines formidentischen Musters der Fügverbindungen angeordnet sind,
so dass beide Deckelteile in zumindest weitestgehend identischer
Weise deformieren.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als zudem vorteilhaft
gezeigt, wenn das Trägerelement
als Knotenelement einer in Space-Frame-Bauweise hergestellten Kraftwagenkarosserie ausgebildet
ist. Neben dem bereits vorbeschriebenen Vorteil, dass somit das
als Knotenelement ausgebildete Trägerteil als Deformationselement
ausgebildet ist und dementsprechend die Knautschlänge der
Knautschzone verlängert,
besteht ein weiterer Vorteil darin, dass das Trägteil mittels der Deckelteile auf
einfache Weise an dem zu verbindenden Trägerprofil der Knautschzone
festzulegen ist.
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Schließlich hat
es sich als vorteilhaft gezeigt, in wenigstens einen Bereich des
Trägerelements
von geringer Deformationssteifigkeit in einem Knick- bzw. Eckbereich
des Trägerelements
oder in einem Anschlussbereich des Trägerelements an die Fahrgastzelle
vorzusehen. Erfahrungsgemäß sind diese
Längenbereiche
des Trägerelements
bei den bislang aus dem Stand der Technik bekannten Bauteilen äußerst steif
ausgebildet und erzeugen demzufolge Kraftspitzen bei einer unfallbedingten
Kraftbeaufschlagung. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es jedoch nunmehr
möglich,
diese Kraftspitzen zu eliminieren und auch die Knick- bzw. Eckbereiche
sowie die Anschlussbereiche des Trägerelements zur Energieabsorption
heranzuziehen.
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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 Perspektivansicht auf eine sich an eine Fahrgastzelle
anschließende vordere
Knautschzone einer Kraftwagenkarosserie, deren als Längsträger einer
oberen Längsträgerebene
ausgebildete Trägerprofile über jeweils
ein Trägerelement
an einem Querträger
der Fahrgastzelle abgestützt
sind;
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2 eine
schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht auf das als
rechter Längsträger der
vorderen Knautschzone ausgebildete Trägerprofil, welches unter anderem über das
ein Strangpressprofil sowie zwei Deckelteile umfassende Trägerelement
an dem ausschnittsweise erkennbaren Querträger der Fahrgastzelle abgestützt ist;
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3 eine
ausschnittsweise Draufsicht auf das Strangpressprofil des Trägerelements
gemäß 2, über welches
das als Längsträger ausgebildete
Trägerprofil
an dem ausschnittsweise erkennbaren Querträger der Fahrgastzelle abgestützt ist;
und in
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4 eine
ausschnittsweise Draufsicht auf das obere Deckelement des Trägerelements,
welches über
eine unterbrochen ausgebildete Fügverbindung
an dem Strangpressprofil des Trägerelements
befestigt ist.
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In 1 ist
in einer schematischen und ausschnittsweisen Perspektivansicht eine
vordere Knautschzone 10 einer Kraftwagenkarosserie dargestellt,
welche sich nach vorne hin an eine ausschnittsweise erkennbare Fahrgastzelle 12 des
Kraftwagens anschließt.
Von der Fahrgastzelle 12 ist dabei im Wesentlichen eine
vordere Stirnwand 14 sowie diese seitlich begrenzende Trägerwende 16 erkennbar, welche
sich nach unten hin bis zu einem unteren Querträger 18 erstrecken.
Oberhalb des sich auf Höhe
eines Wagenbodens 20 in Fahrzeugquerrichtung erstreckenden
Querträgers 18 verläuft ein
weiterer Querträger 22 auf
Höhe einer
oberen Längsträgerebene.
Innerhalb dieser oberen Längsträgerebene
verlaufen zwei im Weiteren noch näher erläuterte, als vordere Längsträger ausgebildete
Trägerprofile 24 in
Fahrzeuglängsrichtung.
Die beiden Trägerprofile 24 sind über jeweils
zugehörige,
im Weiteren ebenfalls noch näher
erläuterte
Trägerelemente 26 an dem
oberen Querträger 22 abgestützt.
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Unterhalb
der oberen Längsträgerebene
erstrecken sich zwei weitere Längsträger 28 in
einer unteren Längsträgerebene,
welche mit ihren rückwärtigen Enden
am unteren Querträger
abgestützt sind.
An ihren vordern Enden sind die beiden Längsträger 28 der unteren
Längsträgerebene über einen Querträger 30 miteinander
verbunden, von dem sich nach oben hin zwei seitliche Stützen 32 bis über die Trägerprofile 24 der
oberen Längsträgerebene
hinaus erstrecken. Die beiden Stützen 32 sind
dabei an ihren oberen Enden über
ein weiteres Querelement 34 miteinander verbunden. Im Befestigungsbereich der
Stützen 32 an
den vorderen Enden der Trägerprofile 24 schließen jeweils
schräg
verlaufende Hilfsträger 36 an,
welche sich nach hinten hin bis zur Fahrgastzelle 12 erstrecken.
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In 2 ist
in einer schematischen und ausschnittsweisen Perspektivansicht das
als rechter Querträger
ausgebildete Trägerprofil 24 dargestellt, welches
unter anderem über
das Trägerelement 26 an
dem Querträger 22 im
Bereich der Stirnwand 14 der Fahrgaststelle 12 abgestützt ist.
Darüber
hinaus ist das Trägerprofil 24 über ein
weiteres Trägerprofil 38 zur
Fahrzeugmitte hin am Querträger 22 abgestützt. Sowohl
das Trägerprofil 24 wie
auch das Trägerprofil 38 sind
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Strangpressprofile gestaltet, deren Hohlkammern 42 in
Erstreckungsrichtung des jeweiligen Trägerprofils 24, 38 verlaufen.
Gleichfalls wäre
es natürlich
auch denkbar, die Trägerprofile 24, 38 beispielsweise
aus Blechschalen herzustellen.
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Das
Trägerelement 26 der
vorliegend in Space-Frame-Bauweise hergestellten Kraftwagenkarosserie
verbindet das Trägerprofil 24 als
Knotenelement mit dem Querträger 22.
In Zusammenschau mit 3, welche ausschnittsweise das über das Trägerelement 26 an
dem Querträger 22 gehaltene Trägerprofil 24 gemäß 2 darstellt,
wird die detaillierte Gestaltung des Trägerelements 26 ersichtlich. Insbesondere
ist es aus 3 erkennbar, dass das Trägerelement 26 als
zentrales Element ein aus einem Strangpressprofil gestaltetes Trägerteil 40 mit einer
Mehrzahl von Hohlkammern 42 umfasst, welche vorliegend
in Fahrzeughochrichtung bzw. quer zur Erstreckungsrichtung des Trägerelements 26 orientiert
sind. Das Trägerteil 40 umfasst
dabei einen Stützbereich 44,
welcher in einem Abstand hinter dem zugehörigen Ende des den jeweiligen
Längsträger bildenden
Trägerprofils 24 angeordnet
ist. Demgemäß kommt
das Trägerprofil 24 bei
einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung bei einem Frontalaufprall
des Kraftwagens aus dem Verlauf der Deformation der Knautschzone 10 mit
dem Stützbereich 44 in Anlage.
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Außerdem umfasst
das als Strangpressprofil gestaltete Trägerteil 40 des Trägerelements 26 einen Befestigungsbereich 46,
welcher bezogen auf die Erstreckungsrichtung des Trägerprofils 24 an
dessen Längsseite
angeschlossen ist. Auf der dem Trägerprofil 24 abgewandten
Seite ist das als Strangpressprofil gestaltete Trägerteil 40 durch
ein Stützschuh 48 im
Querschnitt erweitert, so dass eine großformatige Befestigung an dem
zugehörigen
Längsträger 22 möglich ist.
Sowohl die Befestigung des Trägerteils 40 mit
dem Querträger 22 wie
auch mit dem Trägerprofil 24 kann über eine
Klebverbindung, Schweißverbindung
oder dergleichen erfolgen.
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Das
weitere Trägerprofil 38,
welches sich zwischen dem hinteren Ende des Trägerprofils 24 und
einem mittleren Bereich des Querträgers 22 erstreckt,
bildet gemeinsam mit dem Stützbereich 44 und
dem Befestigungsbereich 46 des Trägerteils 40 eine im
Querschnitt U-förmige
Aufnahme.
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In
Zusammenschau mit der 4, welche eine schematische
Draufsicht auf die Abstützung
des Trägerprofils 24 mittels
des Trägerelements 26 an dem
Querträger 22 darstellt,
ist erkennbar, dass das Trägerelement 26 ein
oberseitiges und ein unterseitiges Deckelteil 50, 51 umfasst,
welche vorliegend im Wesentlichen deckungsgleich ausgebildet sind
und mit welchen die Hohlkammern 42 des als Strangpressprofil
ausgebildeten Trägerteils 40 abzudecken
sind. Mit anderen Worten bilden die beiden ober- und unterseitig
des Trägerteils 40 befestigten
Deckelteile 50, 51 zwei weitere Trägerteile,
aus welchen das Trägerelement 26 über jeweilige
Fügverbindungen 54 zusammengesetzt
ist.
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Die
Fügverbindung 54 zwischen
dem oberen Deckelteil 50 und dem Trägerteil 40 ist dabei
durch eine Vielzahl von gestrichelt angedeuteten Einzelfügverbindungen 56 aufgeteilt,
welche jeweils im Abstand zueinander angeordnet sind. Dabei sind
einige der Einzelfügverbindungen 56 an
der Randseite des Deckelteils 50 vorgesehen. Weitere Einzelfügverbindungen 56,
welche das Deckelteil 50 mit dem Trägerprofil 38 verbinden
und unmittelbar entlang des Randbereichs des Deckelteils 50 verlaufen,
sind in 4 entsprechend mit ausgezogenen
Linien angedeutet erkennbar. Insbesondere ist in 4 darüber hinaus
erkennbar, dass die Einzelfügverbindungen 56 insbesondere
in zwei Längenbereichen 58, 60 von geringer
Deformationssteifigkeit mit Abstand zueinander angeordnet sind.
Mit anderen Worten ist die Fügverbindung 54 zwischen
dem Deckelteil 50 und dem Trägerteil 40 in den
beiden Bereichen 58, 60 des Trägerelements von geringerer
Deformationssteifigkeit unterbrochen ausgebildet. Während also
das Deckelteil 50 im Bereich der Fügverbindung 54 bzw.
im Bereich der Einzelfügverbindungen 56 das
Trägerteil 40 zu
dem Trägerelement 26 versteift,
sind die beiden Trägerteile – das Deckelteil 50 und
das Trägerteil 40 – in den
beiden Bereichen 58, 60 nicht miteinander verbunden.
Der Bereich 58 von geringer Deformationsseitigkeit ist
dabei in einem Knickbereich des Trägerelement 26 vorgesehen,
während
der Bereich 60 von geringer Deformationssteifigkeit in
einem Anschlussbereich des Trägerelements 26 an
die Fahrgastzelle 12 vorgesehen ist. Da erfahrungsgemäß gerade
derartige Knickbereiche bzw. Anschlussbereiche äußerst steif ausgebildet sind
und demzufolge sich bei deren Defor mation Kraftspitzen bilden, wird durch
die beiden Bereiche 58, 60 erreicht, dass sich eine
gleichmäßige Deformation
des Trägerelements 26 ohne
Kraftspitzen realisieren lässt.
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Das
in 2 erkennbare unterseitige Deckelteil 51 ist über eine
Fügverbindung
am Trägerteil 40 festgelegt,
welches in ihrer Gestalt der Fügverbindung 54 des
oberen Deckelteils 50 entspricht. Mit anderen Worten sind
die beiden Fügverbindungen 54 zwischen
dem jeweiligen Deckelteil 50, 51 und dem Trägerteil 40 in
miteinander in Überdeckung
liegenden Bereichen 58, 60 unterbrochen ausgebildet. Hierdurch
wird in besonders vorteilhafter Weise erreicht, dass sich beide
Deckelteile 50, 51 im Knickbereich bzw. im Anschlussbereich
des Trägerelements 26 – welche
den Bereichen 58, 60 entsprechen – gleichermaßen unabhängig bzw.
ohne Fügverbindung zum
Trägerteil 40 deformieren
können.
Während
also die beiden Deckelteile 50, 51 im Bereich
der Fügverbindung 54 mit
dem Trägerteil 40 eine
Art kastenförmig
gefügtes
Element bilden, können
sich die beiden Deckelteile 50, 51 in den beiden
Bereichen 58, 60 insbesondere in Fahrzeughochrichtung
nach oben bzw. nach unten entfalten, was zu einer geringeren Deformationssteifigkeit
führt,
als dies bei vorhandenen Fügverbindungen
der Fall wäre.
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Da
sich die beiden Deckelteile 50, 51 über das
hintere Ende des Trägerprofils 24 hinweg
bis in den Bereich des vorderen Endes des weiteren Trägerprofils 38 erstrecken,
ist die durch den Stützbereich 54 und
den Befestigungsbereich 46 des Trägerelements 40 sowie
durch das weitere Trägerprofil 38 gebildete
U-förmige
Aufnahme für
das Trägerprofil 24 ober-
und unterseitig verschlossen. Demzufolge ist das Trägerprofil 24 mit
seinem hinteren Ende im Wesentlichen formschlüssig in einer hier etwa prismatischen
bzw. würfelförmigen Aufnahme
gehalten. Dabei ist das Trägerprofil 24 durch
die Fügverbindung 54 mit
dem jeweiligen Deckelteil verschweißt.
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Aus 3 ist
darüber
hinaus erkennbar, dass die Hohlkammern 42 des Trägerteils 40 unterschiedlich
dimensioniert sind, wodurch sich das Absorptionsvermögen des
Trägerelements 26 genau einstellen
lässt.
Darüber
hinaus können
auch die einzelnen Wände
des Trägerteils 40 unterschiedlich
dick ausgebildet sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das als
Strangpressprofil gestaltete Trägerteil 40 aus
einer Aluminiumlegierung gestaltet. Gleichfalls wäre es natürlich auch
denkbar, das Trägerteil 40 in
einem Gussverfahren, insbesondere einem Druckgussverfahren herzustellen.
Die beiden Deckelteile 50, 51 sind vorliegend
aus einem Aluminiumblech gestaltet.
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Gleichfalls
wäre es
auch denkbar, die Deckelteile 50, 51 andersartig
zu gestalten.
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Insgesamt
ist somit aus den Figuren erkennbar, dass die Crashkinematik des
als Knotenelement ausgebildeten Trägerelements 26 durch
die gezielte Anordnung der Einzelfügverbindungen 56 bzw.
die Unterbrechung der gesamten Fügverbindung 54 so beeinflusst
ist, dass sich ein gezieltes Faltenbeulen des aus dem Trägerprofil 24 und
dem Trägerelement 26 gebildeten
Längsträgers erreichen
lässt.
Mit andern Worten wird das Falten des Trägerelements 26 im
Bereich der Einzelfügstellen 56 erschwert,
während
dieses an den freigelassenen Stellen erleichtert wird.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Fügverbindung 54 bzw.
sind die Einzelfügverbindungen 56 als
Schweißverbindungen
ausgeführt.
Gleichfalls wären
jedoch auch andere Fügverbindungen wie
Kleb- oder Lötverbindungen
denkbar.