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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Querversteifung eines Fahrzeuges,
insbesondere eines Cabriolets, gemäß der im Oberbegriff
des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Eine
Fahrgastzelle für einen Personenkraftwagen mit jeweils
einer wenigstens ein innen liegendes profiliertes Blech aufweisenden
B-Säule auf jeder Karosserieseite, die in einen unten liegenden Längsschweller übergeht,
ist aus der
DE 198
11 215 B4 bekannt. Zur Erhöhung der Quersteifigkeit
der Fahrgastzelle bei Seitenaufprallbelastungen ist eine durchgehende,
querversteifende Rohrkonstruktion vorgesehen, die sich aus zwei
seitlich außen liegenden, aufrechten Verstärkungsrohren
und einem sich über die Karosseriebreite erstreckenden,
rohrförmigen Versteifungselement zusammensetzt.
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Jedes
aufrechte Verstärkungsrohr ist an ein angrenzendes Knotenblech
angebunden, dessen unterer Randbereich sich an der Außenseite
des Längsschwellers abstützt. Das innen liegende
profilierte Blech ist jeweils mit einem weiteren profilierten Blech der
B-Säule oder dem Knotenblech verbunden. Von jedem Verstärkungsrohr
ist oberhalb der Höhenerstreckung des Längsschwellers
ein nach innen ragendes Stützrohr weggeführt,
das im Bereich der Fahrgastzelle jeweils mit dem äußeren
Ende des querverlaufenden rohrförmigen Versteifungselementes
starr verbunden ist.
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Nachteilig
dabei ist jedoch, dass während eines Seitenaufpralls auftretende
Kräfte meist oberhalb oder unterhalb eines Verbindungsbereiches
mit dem nach innen ragenden Stützrohr am aufrechten Verstärkungsrohr
angreifen und somit primär durch Biegung und sekundär
durch Schub in die sich in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden rohrförmigen Versteifungselemente
eingeleitet werden, wodurch bei der bekannten Lösung eine
Krafteinleitung in Richtung eines Fahrzeuginnenbereiches im Wesentlichen
nur bei nahe oder exakt im Bereich der Verbindungsstelle zwischen
dem aufrechten Verstärkungsrohr und den nach innen ragenden
Stützrohren angreifenden Seitenaufprallkräften
im Wesentlichen durch Schub in den sich in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden
Auslegerarm erfolgt und die Fahrzeugkarosserie eine erwünscht
hohe Steifigkeit aufweist.
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Aus
der
DE 10 2005
051 947 A1 ist eine Vorrichtung zur Aufnahme von Seitenkräften
bei einem Seitenaufprall eines Kraftfahrzeugs bekannt, die aus einem
Trägerelement und endseitig angeordneten Profilteilen besteht.
Mittels einer fahrzeugfesten Konsole, die Bestandteil des Fahrzeugaufbaus
des Fahrzeugs sein kann, wird die Vorrichtung im Fahrzeug positioniert
in Lage gehalten. Das Trägerelement sowie das Profilteil
ragen durch eine Öffnung der Konsole hindurch und der hindurchragende
Abschnitt ist freikragend in einem Raum des Fahrzeugaufbaus angeordnet.
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Das
Profilteil ist etwa kastenförmig ausgeführt und
umfasst zwei zueinander beabstandete Seitenwangen, die kopfseitig über
einen Steg miteinander verbunden sind. Darüber hinaus ist
das Profilteil von der Seite her gesehen dreieckförmig
ausgeführt, wobei der Steg schräg verlaufend ausgeführt
ist und zum Trägerelement hin auslaufend ist.
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Die
Seitenwangen des Profilteils umgreifen das Trägerelement
peripher von außen und sind über in einer horizontalen
Ebene verlaufende Befestigungsabschnitte durch Schweißung
mit dem Trägerelement verbunden. An einer Stirnseite des
Profilteils sind von den Seitenwangen abgestellte Schenkel angeordnet, welche
in einer vertikalen Ebene vorgesehen sind und fest mit der Platte,
die eine Prallplatte bildet, verbunden sind.
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Nachteilhafterweise
weist die bekannte Vorrichtung bei einer Verstärkung eines
Fahrzeugseitenbereiches gegenüber während eines
Seitenaufpralles einwirkenden Seitenkräften über
einen größeren sich in Fahrzeughochrichtung erstreckenden
Fahrzeugseitenbereich aufgrund der massiven Bauweise einen hohen
Bauraumbedarf sowie ein hohes Eigengewicht auf, was jedoch unerwünscht
ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Querversteifung eines Fahrzeuges, insbesondere eines Cabriolets,
zur Verfügung zu stellen, mittels welchem während
eines Seitenaufpralls einwirkende Seitenkräfte im Wesentlichen über
Schub in ein Querversteifungsprofil eingeleitet werden und die im
Vergleich zu aus der Praxis bekannten Lösungen sowohl durch
einen geringen Bauraumbedarf als auch durch ein niedriges Eigengewicht
gekennzeichnet sind.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß den
Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Querversteifung
eines Fahrzeuges, insbesondere eines Cabriolets ist mit einem sich
im Wesentlichen in Einbaulage in Fahrzeugquerrichtung zwischen zwei B-Säulen
des Fahrzeuges erstreckenden Querversteifungsprofil und mit zwei
mit dem Querversteifungsprofil in Bezug auf eine Fahrzeughochachse
im Bereich einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten, zwischen den
B-Säulen angeordneten Oberseite des Querversteifungsprofils
verbundenen Verstärkungsprofilen ausgebildet. Die Verstärkungsprofile durchdringen
die B-Säulen jeweils ausgehend vom Verbindungsbereich mit
dem Querversteifungsprofil in Richtung einer Fahrzeugaußenseite
und sind auf einer zu dem Fahrzeuginnenraum abgewandten Außenseite
der B-Säulen jeweils mit ihrem freien Ende mit einem Knotenblech
verbunden.
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Erfindungsgemäß weist
das Querversteifungsprofil zumindest einen sich zwischen Innenseiten
der B-Säulen erstreckenden einstückigen Grundkörper
auf und die Verstärkungsprofil durchdringen die B-Säulen
ausgehend von den Verbindungsbereichen mit dem Grundkörper
des Querversteifungsprofils schräg nach oben in Richtung
der oberhalb der Verbindungsbereiche mit dem Querversteifungsprofil angeordneten
Verbindungsbereiche mit den Knotenblechen verlaufend.
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Das
sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Querversteifungsprofil,
die sich schräg nach oben durch die B-Säulen hindurch
erstreckenden Verstärkungsprofile und die sich vertikal
nach oben erstreckenden B-Säulen, die im Fahrzeugaußenbereich
miteinander verbunden sind, bilden ein dreieckförmiges
Schubfeld aus. Damit wird im Bereich der B-Säulen bzw.
der Fahrzeugseiten eine hohe Festigkeit gegen Belastungen während
Seitenaufprallen erreicht und zusätzlich ein aus der Praxis
bekanntes und Fahrzeuginsassen gefährdendes Eindrücken
der B-Säule im oberen Bereich der B-Säule gegenüber eines
unteren Seitenschwellers einer Fahrzeugkarosserie auf einfache und
kostengünstige Art und Weise bei geringem Fahrzeuggewicht
sowie niedrigem Bauraumbedarf vermieden.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber
der aus der
DE
10 2005 051 947 A1 bekannten Lösung einen geringeren
Bauraumbedarf sowie ein geringeres Eigengewicht auf, da die Verstärkungsprofile
vom Querversteifungsprofil schräg nach oben in Richtung
der oberhalb der Verbindungsbereiche mit dem Querversteifungsprofil
angeordneten Verbindungsbereiche mit den Knotenblechen die B-Säulen
verlaufend durchdringend und unterhalb der Verbindungsbereiche mit
den Knotenblechen kein zusätzliches Versteifungsmaterial
vorgesehen ist.
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Zusätzlich
ist mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ein Fahrzeug im Fahrzeugseitenbereich über einen im Vergleich
zu aus der
DE 198
11 215 B4 bekannten Lösung größeren
Fahrzeughöhenbereich in erwünschtem Umfang gegen
Seitenaufpralle verstärkbar, da während eines
Seitenaufpralles auf eine Fahrzeugseite einwirkende Seitenkräfte über
die schräg nach oben verlaufenden Verstärkungsprofile im
Wesentlichen durch Schub und in geringerem Maße durch Biegung
in das sich in Fahrzeugquerrichtung zwischen den B-Säulen
des Fahrzeuges erstreckende Querversteifungsprofil mit konstruktiv
geringem Aufwand einleitbar sind.
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Des
Weiteren ist der Einbau der Vorrichtung nach der Erfindung auf einfache
Art und Weise an nahezu beliebiger Stelle in den Fertigungsablauf
eines bestehenden Fahrzeugsystems integrierbar, da das Querversteifungsprofil
ohne konstruktive Änderungen einer Fahrzeugkarosserie zwischen
den beiden B-Säulen eines Fahrzeuges anordenbar und auch vor
oder nach der Montage der B-Säulen mit der Fahrzeugkarosserie
verbindbar ist. Zusätzlich sind die beiden Verstärkungsprofile,
die vorzugsweise zur Vereinfachung der Fahrzeugmontage vor dem Einbau
in die Fahrzeugkarosserie mit dem Knotenblech verbindbar sind, von
außen jeweils durch die B-Säulen führbar
und mit dem Querversteifungsprofil beispielsweise durch Verschweißen
in gewünschtem Umfang verbindbar.
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Das
bedeutet, dass die Bodengruppe einer Fahrzeugkarosserie eines bestehenden
Fahrzeugsystems beispielsweise zunächst gemeinsam mit den
B-Säulen während einer Fließfertigung
aufbaubar ist und die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Querversteifung eines Fahrzeuges während sich daran
anschließender Montageschritte mit geringem Fertigungsaufwand
kostengünstig in den Rohbau einsetzbar ist.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung sind die Verstärkungsprofile zumindest mit
einem über die Länge variierenden Verformungswiderstand
ausgebildet. Das bedeutet, dass das Widerstandsmoment der schräg
in einem Fahrzeug verlaufend angeordneten Verstärkungsprofile
mit zunehmender Verformung ansteigt, um bei einem Seitenaufprall
auftretende Energie zu Beginn des Seitenaufpralls in wesentlichem
Umfang abzubauen. Mit zunehmender Verformung, d. h. ansteigendem
Widerstandsmoment der Verstärkungsprofile, wird ein zu
starkes Eindringen des den Seitenaufprall verursachenden Objektes
vermieden und eine unerwünschte Verkleinerung des Fahrzeuginnenraumes
bei einer möglichst hohen Energieabsorption vermieden,
womit ein hoher Insassenschutz gewährleistet wird.
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Eine
besonders hohe Versteifung eines Fahrzeuges in Fahrzeugquerrichtung
wird bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung nach
der Erfindung dadurch erreicht, dass das Querversteifungsprofil
jeweils mit seinen den B-Säulen zugewandten Enden im Bereich
der einem Fahrzeuginnenraum zugewandten Innenseiten der B-Säulen
an den B-Säulen anliegt und im Anlagebereich mit diesen
fest verbunden ist.
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Die
Quersteifigkeit eines Fahrzeuges ist bei einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform der Vorrichtung, bei der die Knotenbleche
jeweils mit untere seitliche Karosseriebereiche ausbildenden Fahrzeuglängsträgern
verbunden sind, weiter verbessert.
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Die
querversteifende Wirkung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform,
bei der die Knotenbleche jeweils zumindest bereichsweise mit den
Außenseiten der B-Säulen in Wirkverbindung stehen, optimiert.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung übergreifen
die Knotenbleche die B-Säulen ausgehend von ihren Außenseiten
auch in ihren Seitenbereichen zumindest bereichsweise, wodurch Seitenkräfte
während eines Seitenaufpralles über einen großen
Bereich in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet werden und ein Eindrücken
der B-Säulen in den Fahrzeuginnenraum auf ein Minimum reduziert
wird.
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Um
unerwünschte Betriebsgeräusche wie Klappern, Scheppern
oder dergleichen zu vermeiden, sind die Knotenbleche bei einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu einer Fahrzeugaußenhaut
beabstandet.
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Bei
einer ein geringes Eigengewicht aufweisenden Ausführungsform
der Vorrichtung nach der Erfindung sind die Verstärkungsprofile
als Hohlprofile ausgebildet.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme
auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Es
zeigt:
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1 eine
dreidimensionale Ansicht eines Cabriolet-Fahrzeugs;
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2 eine
schematisierte dreidimensionale Teildarstellung einer Vorrichtung
zur Querversteifung eines Fahrzeuges; und
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3 eine
vereinfachte Teilquerschnittansicht der Vorrichtung gemäß 2 im
Bereich einer B-Säule eines Fahrzeuges.
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1 zeigt
ein Cabriolet-Fahrzeug 18 mit einem Verdeck 19,
welches mit einer in 2 dargestellten Vorrichtung 1 zur
Querversteifung eines Fahrzeuges und zur Erhöhung einer
Fahrzeuginsassensicherheit bei Seitenaufprallen ausgeführt
ist.
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Die
Vorrichtung 1 wird insbesondere zur Querversteifung von
Cabriolet-Fahrzeugen oder Coupe-Fahrzeugen verwendet, bei welchen
die B-Säule nicht bis zur Dachebene reicht und somit im Gegensatz
zu herkömmlichen, geschlossen ausgeführten Fahrzeugen
in der der Dachebene zugewandten Bereichen eine geringere Abstützung
in Fahrzeugquerrichtung aufweisen. Darüber hinaus ist die
Vorrichtung 1 auch zur Erhöhung der Quersteifigkeit
von Fahrzeugkarosserien geeignet, bei welchen sich die B-Säule
bis zur Dachebene erstreckt.
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Zur
Querversteifung ist die Vorrichtung 1 mit einem sich im
Wesentlichen in Einbaulage in einer Fahrzeugkarosserie 20 in
Fahrzeugquerrichtung zwischen zwei B-Säulen 2 des
Fahrzeuges erstreckenden Querversteifungsprofil und mit zwei mit
dem Querversteifungsprofil 3 in Bezug auf eine Fahrzeughochachse 4 im
Bereich einer dem Fahrzeuginnenraum 5 zugewandten, zwischen
den B-Säulen 2 angeordneten Oberseite 6 des
Querversteifungsprofils 3 verbundenen Verstärkungsprofilen 7 ausgebildet. Die
Verstärkungsprofile 7 durchdringen die B-Säulen 2 jeweils
ausgehend vom Verbindungsbereich 8 mit dem Querversteifungsprofil 3 in
Richtung einer in 3 naher dargestellten Fahrzeugaußenseite 9 und
sind auf einer zu dem Fahrzeuginnenraum 5 abgewandten Außenseite 10 der
B-Säulen 2 jeweils mit ihrem freien Ende 7A mit
einem Knotenblech 11 verbunden.
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Das
Querversteifungsprofil 3 weist zumindest einen sich zwischen
Innenseiten 12 der B-Säulen 2 erstreckenden
einstückigen Grundkörper 13 auf, der
im Anlagebereich an den Innenseiten 12 der B-Säulen 2 jeweils
zumindest bereichsweise mit den B-Säulen 2 verschweißt
ist.
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Die
Vorrichtung 1 ist im Bereich der beiden B-Säulen 2 jeweils
identisch aufgebaut bzw. in Bezug auf eine Fahrzeuglängsmittelebene
symmetrisch aufgebaut, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung im
Wesentlichen auf die in 2 dargestellte Fahrzeugseite
Bezug genommen wird.
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Das
Verstärkungsprofil 7 verläuft ausgehend vom
Verbindungsbereich 8 mit dem Grundkörper 13 schräg
nach oben in Richtung der oberhalb des Verbindungsbereiches 8 mit
dem Querversteifungsprofil 3 angeordneten Verbindungsbereich 14 mit
dem Knotenblech 11, womit die ein geschlossenes Profil aufweisende
und mittels Innenhochdruckumformen hergestellte B-Säule 2,
das sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Querversteifungsprofil 3 und
das sich schräg nach oben durch die B-Säule 2 hindurch erstreckende
Verstärkungsprofil 7 ein dreieckförmiges
Schubfeld ausbilden und eine hohe Festigkeit erreicht wird, um ein
aus dem Stand der Technik bekanntes und Fahrzeuginsassen gefährdendes
Eindrücken der B-Säule 2 im oberen Bereich
der B-Säule gegenüber einem im Bodenbereich des
Fahrzeuges angeordneten Fahrzeuglängsträger 15 auf
einfache und kostengünstige Art und Weise zu vermeiden.
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Das
sich schräg nach oben erstreckende Verstärkungsprofil 7 nimmt
die bei einem Seitenaufprall auftretenden Belastungen auf und leitet
diese im Wesentlichen über Schub in das sich in Fahrzeugquerrichtung
erstreckende Querversteifungsprofil 3 ein. Somit tritt
während eines Seitenaufpralls zunächst keine wesentliche
Verformung der B-Säule auf, wobei das sich schräg
nach oben erstreckende Verstärkungsprofil 7 im
Bereich der Außenseite 10 der B-Säule 2 fest
mit der B-Säule 2 verbunden ist.
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Ausgehend
vom Verbindungsbereich 8 des Verstärkungsprofils 7 mit
dem Grundkörper 13 des Querversteifungsprofils 3 nimmt
das Widerstandsmoment gegen Stauchungen bzw. die Materialstärke der
Wandung des ebenfalls als geschlossenes Hohlprofil ausgebildeten
Verstärkungsprofils 7 kontinuierlich mit dem Ziel
ab, ein Widerstandsmoment des sich schräg nach oben erstreckenden
Verstärkungsprofils 7 ausgehend von der Fahrzeugaußenseite 9 in Richtung
des Fahrzeuginnenraumes 5 zu erhöhen und bei einem
Seitenaufprall auftretende Prallenergie zu Beginn des Seitencrashs
zunächst stärker abzubauen. Mit zunehmender Verformung
des Verstärkungsprofils 7 nimmt das Widerstandsmoment
des schrägen Verstärkungsprofils 7 zu,
so dass ein hoher Insassenschutz gewährleistet ist und
andererseits auch eine hohe Energieabsorption bzw. eine hohe Reduzierung
des Aufprallimpulses durchführbar ist.
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In
Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles
besteht auch die Möglichkeit, die Materialstärke über
die Länge des Verstärkungsprofils 7 stufenartig
oder in anderer Art und Weise zu verändern, um die vorgenannte
Wirkungsweise bei einem Seitenaufprall zur Verfügung stellen
zu können.
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Das
an der Außenseite 10 der B-Säule 2 angeordnete
Knotenblech 11 ist als ein schalenartiges Deckblech ausgeführt,
welches neben einer Kraftverteilung auch eine Schutzfunktion übernimmt.
Mit dem Knotenblech 11, welches die B-Säule 2 an
drei Seiten umfasst und somit eine zusätzliche Aussteifung
der Fahrzeugkarosserie 20 darstellt, soll zusätzlich
ein so genannter Lanzeneffekt bzw. ein Überstehen bzw. Durchtreten
spitzer Gegenstände über die Fahrzeugaußenhaut 16 vermieden
werden.
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Hierfür
ist das mit der B-Säule 2 verbundene Knotenblech 11 zusätzlich
bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
auch mit dem Längsträger bzw. Längsschweller 15 wirkverbunden,
womit eine zusätzliche Aussteifung der Fahrzeugkarosserie 20 erreicht
wird und der Längsträger 15 im Bereich der
B-Säule 2 mit einer Gewicht sparenden Aussparung
ausführbar ist.
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In
der Zeichnung ist eine Rohbauanordnung dargestellt, die insbesondere
für Cabriolets und allgemein für Fahrzeuge mit
Space-Frame-Bauweise geeignet ist, um im Falle eines Seitencrashs
die Fahrzeuginsassen vor Verletzungen zu schützen. Um ein
Eindrücken des in Bezug auf die Fahrzeughochachse 4 oberen
Teils der B-Säule 2 während eines Seitenaufpralls
bzw. eine Intrusion zu vermeiden, ist die erfindungsgemäße
Vorrichtung 1 mit dem Querversteifungsprofil 3 und
den schräg in der Fahrzeugkarosserie 20 angeordneten
Verstärkungsprofilen 7 ausgebildet, dass von dem
einen Querträger eines Fahrzeugfondsitzes darstellenden
Querversteifungsprofil 3 schräg nach oben durch
die B-Säulen 2 verläuft.
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Die
Verstärkungsprofile 7 sind dabei sowohl mit dem
Querversteifungsprofil 3 als auch den B-Säulen 2 verbunden.
Auf die B-Säulen 2 ist jeweils ein zusätzliches
stabiles Abdeckblech bzw. das Knotenblech 11 aufgesetzt.
Durch die Steifigkeit der Konstruktion bzw. durch den Einbau der
Vorrichtung 1 in eine Fahrzeugkarosserie 20 und
den hohen Angriffspunkt bzw. den zum Längsträger 15 ausreichend
beabstandeten Krafteinleitungspunkt werden die beim Seitencrash
auftretenden Seitenkräfte direkt von einer in 3 ein
Fahrzeug simulierenden Barriere 17 über das Verstärkungsprofil 7 im
Wesentlichen mittels Schub in das Querversteifungsprofil 3 eingeleitet.
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Das
Knotenblech 11 ist von der Fahrzeugaußenhaut 16 beabstandet
angeordnet, womit während eines Fahrbetriebes auftretende Schwingungen
der Fahrzeugaußenhaut 16 und/oder des Knotenbleches 11 keine
unerwünschten Betriebsgeräusche, wie Klappern
oder dergleichen, erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19811215
B4 [0002, 0015]
- - DE 102005051947 A1 [0005, 0014]