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Die
Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie sowie ein Hinterradgehäuse für ein Kraftfahrzeug.
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Bei
einem Aufprall auf ein Kraftfahrzeug sollen die Intrusionen möglichst
gering ausfallen, um die Insassen maximal zu schützen. Ein üblicher Weg hierzu besteht
darin, die Fahrzeugkarosserie lokal zu verstärken. Diesem Ansatz sind jedoch
dadurch Grenzen gesetzt, dass massivere Verstärkungen nicht nur anderweitig
benötigten
Platz beanspruchen, sondern auch das Gewicht erhöhen. Ein anderer Weg besteht
darin, besonders biegefeste Materialien zu wählen, was jedoch die Materialkosten
erhöht.
Als ein Beispiel soll bei einem Seitenaufprall der an das Radgehäuse angrenzende
C-Säulenflansch
nur möglichst
wenig in das Fahrzeuginnere hineingedrückt werden. Sollen im Bereich
des C-Säulenflansches
Verstärkungen
gewählt
werden, so ist zu berücksichtigen,
dass im Verstärkungsbereich
auch Kabeldurchführungen
benötigt
werden, zum Beispiel für Signalleitungen
für den
Airbag oder für
Stromleitungen für
die Rückleuchten.
Eine weitere Aussteifung des C-Säulenflansches
durch massivere Verstärkungen
stößt somit auf
eine Grenze.
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Es
ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der
Erfindung, eine Kraftfahrzeugkarosserie bereitzustellen, die bei
verringertem Gewicht einen verbesserten Aufprallschutz gewährleistet.
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Eine
weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Hinterradgehäuses für ein Kraftfahrzeug,
insbesondere für
einen Pkw, mit dem Intrusionen in den Bereich des C-Säulenflansches
bei verringertem Fahrzeuggewicht besonders gering sind.
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Die
Lösung
dieser und weiterer Aufgaben erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte
Weiterbildungen und weitere Ausführungsformen
ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie
mit zwei Verstärkungselementen.
Derjenige Karosseriebereich, der das weiter außen liegende der beiden Verstärkungselement
umgibt, ist hierbei derart ausgebildet, insbesondere bzgl. seiner
Biegefestigkeit und/oder seiner Materialstärken, dass sich das weiter
außen
liegende Verstärkungselement
im Fall eines Aufpralls am weiter innen liegenden Verstärkungselement
abstützt
und gleichzeitig um die Abstützstelle
verschwenkt wird.
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Eines
der beiden Verstärkungselemente
ist bei dieser Ausführungsform
weiter innen in der Fahrzeugkarosserie angeordnet als das andere
Verstärkungselement.
Im Regelfall sind sie bezogen auf die Fahrzeuglängs- oder querrichtung hintereinander
angeordnet. Im ersten Fall ergeben sich geringere Intrusionen bei
einem Frontalaufprall und im zweiten Fall bei einem Seitenaufprall.
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Nach
der genauen Analyse eines Aufprallvorgangs eines Kraftfahrzeugs,
insbesondere eines Seiten- oder Frontalaufpralls, wurde durch die
Erfinder herausgefunden, dass es mit der oben genannten Ausführungsform
möglich
ist, die Kinematik eines Aufprallvorgangs zu steuern und dadurch
die Eindringungen bzw. Intrusionen zu verringern. Vereinfacht gesprochen
bedient man sich hierbei eines Wippen-Prinzips, d. h. die beiden
Verstärkungen
bilden eine Wippe. Das weiter innen liegende Verstärkungselement
bildet hierbei eine Abstützung
und das weiter außen
liegende Verstärkungselement
einen beweglichen Kraftarm. Der Karosseriebereich, der das äußere Verstärkungselement
umgibt, wird während
des Eindringens des Aufprallgegners gezielt aufgestaucht bzw. deformiert,
was durch Wahl geeigneter Materialstärken und/oder Biegefestigkeiten
realisierbar ist. Während
dieses Eindringens ist das weiter außen liegende Verstärkungselement
im Gleichgewicht, d. h. dreht sich um die Abstützstelle und liegt am aufgestauchten
Material an. Es bildet hierbei für das
aufprallende Fahrzeug eine Rampe, an der dieses kontrolliert abgleitet.
Dies führt
dazu, dass die eingeleiteten Kräfte
stärker
in die Fläche
und weniger in die Tiefe geleitet werden. Auf diese Weise kommt es
wunschgemäß zu geringeren
Intrusionen im Aufprallbereich in Verbindung mit einer erhöhten Sicherheit
für die
Fahrgäste.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
stützt sich
das weiter außen
liegende Verstärkungselement punktuell oder
linienförmig
am weiter innen liegenden Verstärkungselement
ab. Im ersten Fall kann das Ende eines Balkens als Abstützung gewählt werden und
im zweiten Fall die Kante eines länglichen Bauteils, bspw. eines
Querträgers.
Die Drehung des weiter außen
liegenden Verstärkungselements
erfolgt dann um einen Punkt oder um eine Linie, deren konkrete Position
und Ausrichtung stark vom jeweiligen Fahrzeugdesign abhängt.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Hinterradgehäuse für ein Kraftfahrzeug,
mit einem äußeren Radgehäuse und
einem inneren Radgehäuse.
Im Bereich des C-Säulenflansches
ist am äußeren Radgehäuse ein äußeres Verstärkungselement und
am inneren Radgehäuse
ein inneres Verstärkungselement
befestigt. Das äußere Verstärkungselement
stützt
sich im Fall eines Seitenaufpralls an einer Abstützstelle des inneren Verstärkungselements ab,
bspw. entlang einer Abstützlinie
oder punktuell, und wird gleichzeitig um diese Abstützstelle
verschwenkt.
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Das
o. g. Hinterradgehäuse,
nachfolgend abkürzend
Radgehäuse
genannt, ist üblicherweise
in Schalenbauweise hergestellt, wobei die innere Schale das der
Fahrzeuginnenseite zugewandte innere Radgehäuse und die der Fahrzeugaußenseite
zugewandte äußere Schale
das äußere Radgehäuse definiert.
Die beiden Radgehäusehälften besitzen
einen gemeinsamen und meist senkrecht verlaufenden Flansch, nachfolgend
Radgehäuseflansch
genannt, über
den sie verbunden und, sofern sie Blechbauteile sind, verschweißt werden.
Der hier nachfolgend interessierende Radgehäusebereich liegt im Bereich
des C-Säulenflansches,
d. h. oberhalb des Hundebeins.
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Das äußere Verstärkungselement
ist am äußeren Radgehäuse befestigt
und wird von dem zugeordneten inneren Verstärkungselement bei einem Aufprall
gestützt.
Kommt es zu einem Seitenaufprall mit einem Impulsübertrag
auf das äußere Verstärkungselement,
so bedingt die genannte Abstützung ein
Verdrehen des äußeren Verstärkungselements um
die Abstützstelle
herum. Die beiden Verstärkungselemente
bilden somit gemeinsam eine Wippe, bei der bei einem Seitenaufprall
das äußere Verstärkungselement
als Kraftarm dient und für
den Stoßpartner
eine Rampe oder Rutsche bildet. Das Verstärkungselement bleibt nach dem
Kontakt mit dem Stoßpartner
im Gleichgewicht und bildet bei zunehmender Eindringung des Stoßpartners
durch die eigene gezielte Aufstauchung eine Rutsche zum kontrollierten
Abgleiten der Barriere. Auf diese Weise wird ein Eindringen des
Stoßpartners
in den C-Säulenflansch
effizient verhindert. Dies gelingt insbesondere mit einem geringen
Materialeinsatz und damit mit einer Gewichtsersparnis im Vergleich
zu einer Vorgehensweise, bei der eine massive Verstärkung Intrusionen
verhindern soll. Ferner lassen sich mit diesem Ansatz im genannten
Karosseriebereich leichter Kabeldurchführungen realisieren.
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In
einer zweiten Ausführungsform
ist das innere Verstärkungselement
keilförmig
ausgebildet. Mit seiner Gratkante, d. h. dem Bereich, wo die zwei
Seitenflächen
unter einem spitzen Winkel zusammenlaufen und eine Linie ausbilden,
wird eine linienförmige
Abstützung
realisiert.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist als äußeres Verstärkungselement
ein metallisches Falt- oder Pressteil gewählt, das eine am äußeren Radgehäuse befestigte
Basisfläche
mit zwei seitlich abragenden Abschnit ten besitzt. In diesem Fall
definieren die zwei oberen Begrenzungen der stegförmigen Abschnitte
gemeinsam die besagte Rutsche, entlang der der Stoßpartner
in einer Stoßphase
entlang gleiten kann. Ein derartiges Blechteil lässt sich einfach herstellen
und stellt gegenüber
einer massiv ausgeführten
Verstärkung,
bspw. dem vorgenannten keilförmigen
Verstärkungselement,
eine Gewichtsersparnis dar.
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In
einer gewichtssparenden Ausführungsform
ist als äußeres Verstärkungselement
lediglich ein dreieckiges Stahlblech gewählt. Dieses wird an das äußere Radgehäuse angeschweißt und ist
massiver ausgeführt
als die seitlich abragenden Abschnitte der vorherigen Ausführungsform.
Mit dieser Variante wird vom inneren Verstärkungselement eine punktuelle
Abstützung
vorgenommen.
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Als
Alternative zu den oben genannten metallischen Verstärkungselementen
ist auch eine Ausführungsform
möglich,
bei der als äußeres Verstärkungselement
ein massiver Kunststoffblock gewählt ist.
Dieser ist meist mit dem Radgehäuseflansch
verbunden ist. Der Kunststoffblock ist nochmals leichter als die
o. g. metallische Ausführung,
erfordert keine zusätzlichen
Werkzeuge in der Montagelinie und kann mit dem äußeren Radgehäuse und
dem Radgehäuseflansch
verklebt sein oder ggf. verclipst sein.
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Als
Alternative zur im letzten Absatz beschriebenen Variante kann auch
als äußeres Verstärkungselement
ein mit Stegen ausgesteiftes Kunststoffteil gewählt werden. Dieses lässt sich
auf einfache Weise (z. B. per Spritzguss) herstellen und spart bei
größerer Strukturstabilität gegenüber der
vorgenannten Ausführungsform
Ge wicht ein. Im Übrigen greifen
die im letzten Absatz beschriebenen Vorteile.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem
Hinterradgehäuse
nach einem der oben beschriebenen Ausführungsformen. Ein mit diesem
Radgehäuse
ausgestattetes Fahrzeug besitzt bei gleicher Aussteifung der C-Säule ein verringertes
Gewicht bei verbesserten Möglichkeiten zur
Anordnung weiterer Komponenten nahe dem Verstärkungselement, insbesondere
zur Verlegung von Kabeln.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der beanspruchten Erfindung werden aus der
folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
erkennbar, die nachfolgend als nicht beschränkende Beispiele angegeben
sind. Hierbei soll die Benutzung von Bezugszeichen in den Figuren
nicht dahingehend verstanden werden, dass die Bezugszeichen den
Schutzumfang der beanspruchten Erfindung einschränken sollen. Es zeigen:
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1 einen
Dummy in der zweiten Sitzreihe eines ausschnittsweise gezeigten
Kraftfahrzeugs, gezeigt in der Seitenansicht und in der Frontalansicht,
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2 einen
Schnitt A-A durch die 1,
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3 schematisch
den Verstärkungsbereich der 2,
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4 eine
erste Ausführungsform
des Verstärkungsbereichs,
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5 eine
zweite Ausführungsform
des Verstärkungsbereichs,
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6 eine
dritte Ausführungsform
des Verstärkungsbereichs,
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7 eine
vierte Ausführungsform
des Verstärkungsbereichs,
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Bei
den Figuren, die allgemein mit gleichen Bezugszeichen gleiche Gegenstände bezeichnen, zeigen
die 1a und 1b ausschnittsweise
die Karosserie 1 eines Kraftfahrzeugs 2, einem
Pkw, in der Seitenansicht, d. h. in Fahrzeugquerrichtung (= y-Richtung),
bzw. in der Frontalansicht, d. h. mit Blick in Richtung der Fahrzeuglängsrichtung
(x-Richtung) nach hinten. Man erkennt einen sitzend angeordneten
Dummy 3 in der zweiten Sitzreihe, dessen Rücken im
Bereich des C-Säulenflansches 4 liegt,
wobei sich an Letzterem das Hundebein 5 anschließt.
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2 zeigt
einen Schnitt A-A durch die 1, d. h.
der Blick ist auf die xy-Ebene gerichtet. Man erkennt das äußere Radgehäuse 6 und
das innere Radgehäuse 7,
die vom Radgehäuseflansch 8 getrennt
werden. Am äußeren Radgehäuse 6 ist
ein äußeres Verstärkungselement 9 befestigt,
das sich am inneren Verstärkungselement 10 punktuell
abstützt.
Ebenfalls eingezeichnet ist ein Kabelkanal 11 für Airbagsignalleitungen,
Stromleitungen für
die Rückleuchten
etc..
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3 zeigt
den Verstärkungsbereich
der 2 in einer schematischen Darstellung. Das am inneren
Rad gehäuse 7 befestigte
keilförmige
innere Verstärkungselement 10 ist
in dieser zweidimensionalen Darstellung schematisiert als Dreieck
dargestellt, das das grob dreieckige äußere Verstärkungselement 9 an
der Abstützstelle 12 punktuell
abstützt. Selbstverständlich ist
die Bezeichnung „punktuell" großzügig auszulegen,
weil damit keine punktförmige Abstützung im
mathematischen Sinne gemeint ist. Neben dem inneren Verstärkungselement 10 befindet
sich ein Kabelkanal 11, der veranschaulicht, dass sich
in diesem Bereich die bekannte Vorgehensweise mit massiveren Verstärkungen
schwierig gestaltet.
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Kommt
es zu einem Seitenaufprall des barriereförmig dargestellten Aufprallgegners 13 auf
das Kraftfahrzeug 2, so wirkt eine Kraft F1 auf den gezeigten
Verstärkungsbereich
in der Nähe
des C-Säulenflansches 4.
Dies führt
zu einer Drehung des äußeren Verstärkungselements 9 um
die Abstützstelle 12,
sodass der Aufprallgegner 13 an der Fläche 14 entlang gleiten
kann. Die Fläche 14 stellt
insofern eine Rutsche bzw. Rampe im Sinne der obigen Ausführungen
dar. Die Kräftezerlegung
der Kraft F1 in die Kräfte
F2 und F3, die von unterschiedlichen Karosseriebereichen aufgenommen
werden, macht deutlich, dass es durch diese Konstruktion zu geringeren
Intrusionen kommt.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
des Hinterradgehäuses
mit Blick in Fahrzeuglängsrichtung zum
hinteren Fahrzeugbereich hin, also in x-Richtung. Man erkennt das äußere Radgehäuse 6 und das
innere Radgehäuse 7,
die einen gemeinsamen Radgehäuseflansch 8 ausbilden.
Das äußere Verstärkungselement 9 ist
ein dreieckiger Kunststoffblock 15 (der aber auch aus Metall
bestehen könnte), der
einerseits am äußeren Radgehäuse 6 und
andererseits am Radgehäuseflansch 8 anliegt
und mit beiden verklebt ist. Ein keilförmiges inneres Verstärkungslement 10 dient
als Abstützung
für das äußere Verstärkungselement 9 und
ist dabei einerseits mit dem dem inneren Radgehäuse 7 und andererseits mit
dem Radgehäuseflansch 8 verbunden
und stützt mit
seiner an dem Radgehäuseflansch 10 anliegenden
Gratkante das äußere Verstärkungselement 9 weitgehend
linienförmig
ab. Die senkrecht in die Figurenebene verlaufende Abstützlinie
wird dabei durch die Gratkante definiert.
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Während das
innere Verstärkungselement 10 aus
massivem Metall sein kann, ist das äußere Verstärkungselement 9 in
der Ausführungsform
der 4 aus einem massiven Kunststoffblock gefertigt. Durch
diese Materialwahl wird einerseits Gewicht eingespart und kann andererseits
das äußere Verstärkungselement 9 bereits
am äußeren Radgehäuse 6 vormontiert
werden. Dadurch entfällt
eine separate Montage mit zusätzlichen
Werkzeugen in der Montagelinie, wodurch die Herstellung des Fahrzeugs
beschleunigt und preiswerter wird.
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5 zeigt
eine weitere Ausführungsform, bei
der der Verstärkungsbereich
in der perspektivischen Seitenansicht zu sehen ist. Das innere Verstärkungselement 10 ist
in dieser Ausführungsform
ein Stahlblechteil, dessen schmales Ende linienförmig am Radgehäuseflansch 8 anliegt
und ein als Faltteil ausgebildetes äußeres Verstärkungselement 9 abstützt. Dieses
Faltteil besitzt eine auf dem äußeren Radgehäuse 6 aufliegende
Basisfläche 16 mit
zwei seitlich abragenden Abschnitten 17. Bei einem Aufprall
eines Stoßpartners,
insbesondere eines Pkws, prallt dieser gegen die Stege 18 und
wird wegen deren Neigung vom Radgehäuseflansch 8 weggeleitet, sodass
Intrusionen in das Fahrzeuginnere geringer ausfallen.
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6 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Hinterradgehäuses,
bei der das äußere Verstärkungselement 9 wie
bei der letztgenannten Ausführungsform
aus Kunststoff gefertigt ist. Es ist allerdings nicht massiv ausgeführt, sondern
besitzt aussteifende Rippen 19, mit denen eine linienförmige Abstützung realisiert
wird. Mit dieser Form wird Kunststoffmaterial eingespart und gelten
die Vorzüge eines
aus Kunststoff bestehenden äußeren Verstärkungselements 6 wie
oben angeführt.
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7 zeigt
eine Ausführungsform
mit einem äußeren Verstärkungselement 9 aus
einem Stahlblech in Dreiecksform für eine punktuelle Abstützung. Dieses
wird am äußeren Radgehäuse 6 angeschweißt. An seinem
Steg 18 kann ein Stoßpartner bei
einem Aufprall entlang gleiten.
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Obwohl
vorstehend konkrete Ausführungsformen
beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass die Beschreibung
dieser Ausführungsformen
nicht zum Zweck hat, die Erfindung in der angegebenen Form zu beschränken. Die
Erfindung soll vielmehr alle Modifikationen, Aquivalente und Alternativen
umfassen, die in den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung fallen.
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- 1
- Karosserie
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Dummy
- 4
- C-Säulenflansch
- 5
- Hundebein
- 6
- äußeres Radgehäuse
- 7
- inneres
Radgehäuse
- 8
- Radgehäuseflansch
- 9
- äußeres Verstärkungselement
- 10
- inneres
Verstärkungselement
- 11
- Kabelkanal
- 12
- Abstützstelle
- 13
- Aufprallgegner
- 14
- Fläche
- 15
- Kunststoffblock
- 16
- Basisfläche
- 17
- Abschnitt
- 18
- Steg
- 19
- Rippe