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Die Erfindung betrifft einen Längsträger für eine Karosserie eines Personenkraftwagens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es sind Längsträger für eine Karosserie eines Personenkraftwagens bekannt, welche im Querschnitt ein Mehrkammerprofil mit zumindest einer in Fahrzeughochrichtung und zumindest einer in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Versteifungsrippe aufweisen. Derartige Längsträger weisen den Nachteil auf, dass sie im Falle eines Seitenaufpralls des Personenkraftwagens eine unzureichende Performance aufweisen. Ein weiterer Nachteil ergibt sich dadurch, dass derartige Längsträger in einem Reparaturfall nur äußerst zeit- und kostenaufwändig zu reparieren und sogar als Gesamtteil zu ersetzen sind. Weiterhin weisen sie Defizite bezüglich ihrer Steifigkeit, während der Deformationsphase im Seitenaufprall, die als gering einzustufen ist, und bezüglich ihres Gewichts, welches diesbezüglich als hoch einzustufen ist, auf.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Längsträger für eine Karosserie eines Personenkraftwagens der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln, um eine höhere Effektivität im Falle eines Seitenaufpralls bei gleichzeitig geringem Gewicht, hoher Steifigkeit und eines kosten- und zeitgünstigen Austauschs in einem Reparaturfall zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird durch einen Längsträger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Bei einem Längsträger, insbesondere einem seitlichen Längsträger (Schweller), für eine Karosserie eines Personenkraftwagens, welcher im Querschnitt ein Mehrkammerprofil mit zumindest zwei, mittels einer in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Versteifungsrippe unterteilte Bereiche aufweist und zumindest eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Versteifungsrippe umfasst, zeichnet sich dadurch aus, dass der erste Bereich als äußerer Bereich des Längsträgers ausgebildet ist und die in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Versteifungsrippe die Außenfläche des äußeren Bereichs mit dem inneren Bereich verbindet, und dass die Kammern des ersten Bereichs einen größeren Querschnitt aufweisen als die Kammern des zweiten Bereichs.
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Mit anderen Worten bedeutet das, dass der erste Bereich der Bereich ist, der im Falle eines Seitenaufpralls zuerst deformiert wird. Erfindungsgemäß ist der äußere Bereich dabei so gestaltet, dass er zur Ausbildung einer statischen und/oder dynamischen Steifigkeit und als deformierbarer Crashbereich zu einer Energieaufnahme dient. Durch diese Gestaltung des Längsträgers ergibt sich eine Reduzierung von Rohbaubeziehungsweise Barrieren- beziehungsweise Pfahlintrusionen bei einem Seitenaufprall und insbesondere bei einem Pfahlaufprall des Personenkraftwagens, in den ein erfindungsgemäßer Längsträger verbaut ist. Dies resultiert in einem hohen Schutz von Insassen des Personenkraftwagens gegenüber Verletzungen und der Optimierung beziehungsweise Wahrung der Strukturintegrität des Fahrzeugrohbaus.
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Durch die beschriebene Größe der Kammern des äußeren Bereichs ist eine hohe Deformierbarkeit dieser Kammern gegeben, wodurch ein sehr hoher Anteil der Aufprallenergie in Verformungsenergie umgewandelt werden kann, wodurch eine Härte des Seitenaufpralls sowie die Intrusionsgeschwindigkeit, in Bezug zum Insassen, abgemindert wird. Daraus resultiert wiederum eine Erhöhung eines Schutzes von Insassen vor möglichen Verletzungen beziehungsweise eine Herabsetzung einer Verletzungsschwere der Insassen. Der äußere Bereich dient somit zur Energieaufnahme beziehungsweise zur Energieumwandlung der Aufprallenergie in Verformungsenergie. Der innere Bereich ist nach Seitenaufprallanforderungen gestaltet, wobei er zur Lastübertragung an vordere und/oder hintere Nachbarstrukturen (zum Beispiel A-Säule und/oder B-Säule) dient. Er ist somit in seiner Funktionalität als lediglich leicht deformierbarer Zugverband ausgelegt.
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Die kleineren Kammern des zweiten beziehungsweise des inneren Bereichs sind dabei durch im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Versteifungsrippen gebildet, die allerdings auch schräg angeordnet sein können. Eine Anzahl dieser Versteifungsrippen und eine Gestaltung bezüglich beispielsweise einer Wandstärke werden durch einen jeweiligen Verbauort und durch Anforderungen beispielsweise durch Seitenaufprallschutzanforderungen festgelegt.
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Die Aufteilung des erfindungsgemäßen Längsträgers in zwei Bereiche bietet des Weiteren den Vorteil, dass sie eine partielle Reparaturlösung ermöglicht. In einem minderschweren Reparaturfall ist der äußere Bereich abtrennbar, beispielsweise durch Fräsen und durch einen Einsatz, zum Beispiel durch ein Strangpressprofil, substituierbar.
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Somit wird nicht nur eine Reparaturzeit sondern es werden auch Reparaturkosten gering gehalten, da der zweite, also der innere Bereich, nach einem leichten Aufprall undeformiert als Zugverband zwischen der A-Säule und der B-Säule erhalten bleibt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist die im Wesentlichen dreieckige Kammer in einem unteren Bereich des Längsträgers angeordnet. Diese Anordnung in einem unteren Bereich des Längsträgers gewährleistet eine ausreichende Abstützung für eine Wagenheberaufnahme, die an einem Untergurt befestigt wird. Dadurch ist ebenfalls eine Integration der Wagenheberaufnahmen in den erfindungsgemäßen Längsträger ermöglicht, was eine Teilanzahl und damit Teile- und Montagekosten reduziert.
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Dadurch, dass der äußere Bereich des Längsträgers eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Versteifungsrippe aufweist, ist eine hohe statische und dynamische Steifigkeit realisiert, was dem erwähnten Schutz der Insassen im Falle eines Seitenaufpralls äußerst positiv zugute kommt. Diese im Wesentlichen horizontal verlaufende Versteifungsrippe verbindet den äußeren mit dem inneren Bereich, wodurch die Eigensteifigkeit des äußeren Bereichs erhöht wird, was Steifigkeitseigenschaften dessen positiv beeinflusst.
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In diesem Zusammenhang bietet auch eine Gestaltung von Wandstärken der Versteifungsrippen Freiheitsgrade bezüglich der Steifigkeiten der Bereiche.
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Die im Querschnitt kleineren Kammern des zweiten beziehungsweise des inneren Bereichs werden dadurch gestaltet, dass der zweite Bereich zumindest zwei im Wesentlichen horizontal verlaufende Versteifungsrippen aufweist. Diese Mehrzahl an Versteifungsrippen sorgt für die erwähnte höhere Steifigkeit des zweiten beziehungsweise inneren Bereichs, was die beschriebene Lastübertragung vom ersten beziehungsweise äußeren an den zweiten beziehungsweise inneren Bereich und damit den steifen Zugverband zwischen A-Säule und B-Säule ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die im Wesentlichen dreieckige Kammer im unteren Bereich des Längsträgers und die in Fahrzeughochrichtung verlaufende Versteifungsrippe zu einem Y-Profil vereinigt. Damit ist diese Anordnung der vorteilbehafteten Strukturen einfach und kostengünstig in der Herstellung realisierbar. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass alle genannten Vorteile ohne größeren Fertigungsaufwand erreichbar sind. In diesem Zusammenhang ist aber ebenso vorstellbar, dass die im Wesentlichen dreieckige Kammer auch in einem oberen Bereich des Längsträgers oder aber mehrere dreieckige Kammern auch unter Ausbildung eines Y-Profils in einem derartigen Längsträger vorgesehen sein können.
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Die Ausbildung eines Y-Profils bietet wie erwähnt einerseits die Vorteile einer Versteifung und andererseits einer Ausbildung einer Kammer, die sich im Falle eines Unfalls verformen und damit Aufprallenergie in Verformungsenergie zum Schutze der Insassen des Personenkraftwagens umwandeln kann. Auch Versteifungen für zusätzliche Anwendungen, wie beispielsweise für erwähnte Wagenheberaufnahmen oder auch SKID-Aufnahmen für den Karosserietransport während der Fertigung, sind durch derartige Profile realisierbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Längsträgers ist der Längsträger aus einem Leichtmetall und insbesondere aus Aluminium gebildet. Dies birgt den Vorteil, dass dadurch ein Gewicht des Längsträgers und damit ein Gesamtgewicht des Fahrzeugs reduziert werden, wodurch ein Kraftstoffverbrauch des Personenkraftwagens und damit CO2-Emissionen gesenkt werden. Weiterhin ist vorstellbar, den Längsträger beispielsweise aus einem Hybridwerkstoff zu bilden, so dass beispielsweise der äußere Teil, der die Aufprallenergie in Verformungsenergie umwandelt, aus einem eher weichen Material wie Aluminium gebildet ist, während der innere Bereich, der eine hohe Steifigkeit aufweisen soll, aus Stahl bzw. einer Stahllegierung gebildet ist. Somit lassen sich die Vorteile bezüglich der Steigerung des Schutzes der Insassen bei gleichzeitig geringem Gewicht des Längsträgers miteinander verknüpfen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Die Figuren zeigen in:
- 1 eine Querschnittsansicht eines Längsträgers für eine Karosserie eines Personenkraftwagens mit einem Mehrkammerprofil, welches mit zwei, mittels einer in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Versteifungsrippe unterteilte Bereiche aufweist, wobei die Kammern des ersten Bereichs einen größeren Querschnitt aufweisen als die Kammern des zweiten Bereichs, und in
- 2 eine Querschnittsansicht des Längsträgers aus 1 mit einer Verdeutlichung der Unterteilung der beiden Bereiche.
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1 zeigt einen Querschnitt eines Längsträgers 10 für eine Karosserie eines Personenkraftwagens. Der Längsträger 10 weist dabei in seinem Querschnitt ein Mehrkammerprofil 12 auf. Das Mehrkammerprofil 12 ist dabei mittels einer in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Versteifungsrippe 14 in zwei Bereiche A und B unterteilt. Der Bereich B stellt dabei einen äußeren Bereich des Längsträgers 10 dar, er wird also im Falle eines Seitenaufpralls zuerst deformiert. Der Bereich A stellt einen inneren Bereich des Längsträgers 10 dar.
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Die Versteifungsrippe 14 verzweigt sich in einem unteren Bereich des Längsträgers 10, wodurch ein Y-Profil ausgebildet ist. Durch diese senkrechte Ausbildung des Y-Profils 16 ist eine Abstützung für in den Längsträger 10 integrierbare Wagenheberaufnahme realisiert.
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Eine mittlere Versteifungsrippe 18 verbindet den Bereich B mit dem Bereich A und überträgt damit eine Last bzw. Energie im Falle eines Seitenaufpralls vom Bereich B zum Bereich A.
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Wie in 1 zu sehen ist, sind Kammern 20 des Bereichs B in ihrem Querschnitt größer als Kammern 22 des Bereichs A. Durch diese Größe können die Kammern 20 des Bereichs B aufgrund ihrer guten Deformierbarkeit im Falle eines Seitenaufpralls besonders viel Aufprallenergie in Verformungsenergie aufnehmen und damit von Insassen des Personenkraftwagens, in dem ein derartiger Längsträger 10 verbaut ist, fernhalten. Dies mindert ein Verletzungsrisiko der Insassen deutlich.
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Die im Querschnitt kleineren Kammern 22 sind durch drei im Wesentlichen horizontal verlaufende Versteifungsrippen 24 gebildet. Durch diese Mehrzahl an Versteifungsrippen 24 und die geringe Größe der Kammern 22 des Bereichs A weist der Bereich A im Gesamten eine höhere Steifigkeit als der Bereich B auf, wodurch der Bereich A kaum oder gar nicht im Falle eines Seitenaufpralls verformt wird, je nach Energieinhalt des Seitenaufpralls. Durch diese höhere Steifigkeit des Bereichs A ist eine Lastübertragung bzw. Energieübertragung von den Kammern 20 im Bereich B nicht in Verformungsenergie umgewandelten Aufprallenergie an vordere sowie hintere Nachbarstrukturen beispielsweise der A-Säule und B-Säule ermöglicht. Somit stellt der Bereich A des Längsträgers 10 einen lediglich leicht deformierbaren Zugverband dar.
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Die 2 verdeutlicht nochmals die Aufteilung des Längsträgers 10 aus 1 in einen die Aufprall- in Verformungsenergie umwandelnden Bereich B und in einen nur leicht deformierbaren und die restliche Aufprallenergie an Nachbarstrukturen weiterleitenden Bereich A. Der Einsatz eines derartigen Mehrkammerprofils ist dabei nicht auf eine Verwendung in einem Längsträger 10 beschränkt. Vorstellbar ist auch der Einsatz beispielsweise in einem Heck- oder in einem Frontbereich eines Personenkraftwagens, wobei vorteilhafterweise der Bereich B mit den großen deformierbaren Kammern 20 den äußeren Bereich darstellt, also den Bereich, der in erster Instanz die Aufprallenergie in Verformungsenergie umwandelt. Der Bereich A ist vorteilhafterweise als innerer Bereich darzustellen, da er durch seine kleineren Kammern 22 infolge seiner Mehrzahl an Versteifungsrippen 24 eine höhere Gesamtsteifigkeit aufweist, wodurch eine Last bzw. Restaufprallenergie an Nachbarstrukturen weitergeleitet werden kann, um Insassen des Personenkraftwagens vor Verletzungen im Falle eines Aufpralls jeglicher Art zu vermeiden bzw. zu reduzieren.
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Wie bereits erwähnt ist auch eine schräge Anordnung der Versteifungsrippen 24 und/oder der mittleren Versteifungsrippe 18 möglich. Gegebenenfalls kann auch die Anzahl der Kammern 22 und/oder der Kammern 20 je nach Anwendungsfall variieren. In jeglicher Hinsicht wird durch ein derartiges Mehrkammerprofil 12 eine sowohl verformbare als auch steife Struktur zum Schutze der Insassen im Falle eines Unfalls realisiert.
