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Die Erfindung betrifft ein Deformationselement für einen Trägerverbund eines Kraftfahrzeugs. Des Weitern betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem einen Längsträger und einem Querträger umfassenden Trägerverbund, wobei zwischen dem Längsträger und dem Querträger ein Deformationselement angeordnet ist.
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Die
EP 0 793 035 A1 beschreibt ein Deformationselement, welches als durch ein Innenhochdruck-Umformverfahren geformter Hohlkörper ausgebildet ist. An einer Seite, an welcher das Deformationselement an einem Längsträger angebunden ist, ist der Hohlkörper im Querschnitt viereckig. An der entgegengesetzten Seite weist der Hohlkörper als Anlageelement einen sechseckigen Flansch auf, welcher dem Anbinden an einen Querträger dient. In einem Übergangsabschnitt zwischen diesen Anlageelementen gehen die unterschiedlichen Geometrien der Anlageelemente kontinuierlich ineinander über.
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Wenn ein solches Deformationselement als Zwischenelement in einem Trägerverbund eingesetzt wird, bei welchem ein Querträger schräg zu einem Längsträger verläuft, führt eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung des Deformationselements zu einer ungünstigen Krafteinleitung in den Längsträger.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Deformationselement für einen Trägerverbund eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welches dem Kraftfahrzeug verbesserte Crasheigenschaften verleiht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Deformationselement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den anhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Deformationselement weist jeweilige Anlageelemente zum Anbinden eines Längsträgers und eines Querträgers auf. Die Anlageelemente sind durch wenigstens zwei Stützstreben auf Abstand zueinander gehalten. Eine erste Stützstrebe ist länger als eine zweite Stützstrebe, und die längere Stützstrebe weist eine größere Deformierbarkeit auf als kürzere Stützstrebe. Dadurch, dass die wenigstens zwei Stützstreben unterschiedlich lang sind, ist bewirkt, dass im nicht deformierten Zustand des Deformationselements die jeweiligen Anlageelemente schräg zueinander verlaufen. Bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Anlageelemente wird nun die längere Stützstrebe, welche die größere Deformierbarkeit aufweist, leichter verformt als die kürzere Stützstrebe. Dadurch wird die Schrägstellung der beiden Anlageelemente zueinander verringert. Hierbei verringert sich im den Längsträger und den Querträger aufweisenden Trägerverbund auch die Schrägstellung der über die Anlageelemente an das Deformationselement angebundenen Träger. Je mehr sich eine Orientierung der zwei Anlageelemente während des Unfalls aneinander annähert, desto mehr sorgt das Deformationselement im Trägerverbund dafür, dass der Längsträger in Richtung seiner Längserstreckung und somit in Richtung seiner größten Festigkeit belastet wird. Das Deformationselement verleiht also einem das Deformationselement aufweisenden Trägerverbund und somit dem Kraftfahrzeug eine gute Widerstandskraft bei Crashs.
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Bevorzugt weist zumindest die längere Stützstrebe in einem ersten Bereich eine geringere Deformierbarkeit auf als in einem zweiten Bereich. Bei einer Kraftbeaufschlagung, welche gerade ausreicht, die Stützstrebe in dem zweiten Bereich zu verformen, bleibt die Stützstrebe in dem ersten Bereich in ihrer ursprünglichen Form. Der Abstand zwischen den zwei Anlageelementen im Bereich dieser längeren Stützstrebe ist dann durch den ersten Bereich der Stützstrebe bestimmt. Eine solche bereichsweise unterschiedlich große Deformierbarkeit der Stützstrebe ist technisch einfach zu realisieren.
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Besonders einfach ist die bereichsweise unterschiedlich große Deformierbarkeit der Stützstrebe realisierbar, wenn die Stützstrebe in dem ersten Bereich eine größere Wandstärke aufweist als in dem zweiten Bereich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Anlageelement als Wand ausgebildet. Zudem weisen alle Stützstreben in einem jeweiligen Teilbereich, welcher von der Wand bis zu einer gedachten, zu dieser Wand parallelen Fläche reicht, eine gleich große Deformierbarkeit auf. Reicht die bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Deformationselements aufgebrachte Kraft nicht aus, die Stützstreben in dem jeweiligen Teilbereich zu deformieren, so wird das zweite Anlageelement infolge der Kraftbeaufschlagung so verschwenkt, dass es von dem als Wand ausgebildeten Anlageelement gleichmäßig beabstandet ist.
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Hierbei kann insbesondere auch das zweite Anlageelement als ebene Wand ausgebildet sein, sodass die Wände dann in dem deformierten Deformationselement parallel zueinander ausgerichtet sind. Eine solche Ausrichtung der Anlageelemente sorgt im Trägerverbund dafür, dass der Querträger und der Längsträger nach Beginn des Crashs senkrecht aufeinander stehen und so der Längsträger einer Kraftbeaufschlagung in seiner Erstreckungsrichtung bei Fortsetzung des Crashs besonders gut standhaften kann.
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Durch wenigstens eine Stützstrebe kann eine äußere Seitenwand des Deformationselements bereitgestellt sein. In Verbindung mit dem zwei Anlageelementen ist so dem Deformationselement eine kastenförmige Struktur verliehen, welche einfach realisierbar und gewichtssparend ist.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, das Deformationselement als stranggepresstes Profilteil auszubilden. Insbesondere durch Strangpressen lassen sich nämlich besonders einfach bereichsweise unterschiedliche Wandstärken der Stützstreben realisieren. Das Profilteil kann gewichtssparend aus einer Aluminiumlegierung gebildet sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind einem Kraftfahrzeug verbesserte Crasheigenschaften verliehen, welches einen Trägerverbund mit einem Längsträger und einem Querträger aufweist, wobei zwischen dem Längsträger und dem Querträger ein erfindungsgemäßes Deformationselement angeordnet ist. Die für das erfindungsgemäße Deformationselement beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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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.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 in einer Draufsicht von oben einen Trägerverbund eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Deformationselement zwischen einem Längsträger und einem Querträger angeordnet ist; und
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2 eine zweite Ausführungsform eines für den Trägerverbund gemäß 1 einsetzbaren Deformationselements.
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Ein Trägerverbund 10 eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Längsträger 12 und einen Querträger 14, zwischen welchen ein Deformationselement 16 angeordnet ist. Über eine ebene, längsträgerseitige Wand 18 ist das Deformationselement 16 an den Längsträger 12 angebunden. Eine querträgerseitige Wand 20 dient hingegen dem Anbinden des Deformationselements 16 an den Querträger 14. Der Querträger 14, welcher bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform in einem Vorderwagen des Kraftfahrzeugs verbaut ist, ist in Richtung einer Fahrzeugfront konvex gewölbt ausgebildet. Entsprechend verläuft die querträgerseitige Wand 20 des Deformationselements 16 schräg zu der längsträgerseitigen Wand 18.
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Das Deformationselement 16 ist als stranggepresstes Profilteil aus einer Aluminiumlegierung gebildet. Eine fahrzeuginnenseitige Seitenwand 22 des Deformationselements 16 weist in einem an die Wand 18 anschließenden ersten Bereich 24 eine größere Wandstärke auf als in einem an die Wand 20 anschließenden zweiten Bereich 26. Die fahrzeuginnenseitige Seitenwand 22 erstreckt sich in der Fahrzeuglängsrichtung X. Demgegenüber ist eine fahrzeugaußenseitige Seitenwand 28 des Deformationselements 16 in Bezug auf die längsträgerseitige Wand 18 schräg angeordnet. Die Seitenwand 28 weist durchgängig als konstante Wandstärke dieselbe Wandstärke wie die fahrzeuginnenseitige Seitenwand 22 in dem Bereich 24 auf.
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Das Deformationselement 16 umfasst des Weiteren zwei innere Verstärkungsstreben 30, 32, welche wie die Seitenwand 22 in dem an die längsträgerseitige Wand 18 anschließenden Bereich 24 eine größere Wandstärke aufweisen als in dem an die querträgerseitige Wand 20 anschließenden Bereich 26. Die Verstärkungsrippen 30, 32 sind jeweils zueinander und zu den Wänden 18, 20 schräg ausgerichtet.
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Ein Aufprall des den Trägerverbund 10 aufweisenden Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis, welches in Fahrzeuglängsrichtung X vor dem Querträger 14 angeordnet ist und sich in Fahrzeugquerrichtung Y nicht bis zu dem gegenüberliegenden (nicht gezeigten) Längsträger erstreckt, wird auch als Offset-Barrieren-Crash bezeichnet. Ein solcher Aufprall bewirkt, dass sich die Bereiche mit unterschiedlich großen Deformierbarkeiten aufweisenden Stützstreben des Deformationselements 16, nämlich die Seitenwand 22 und die Verstärkungsstreben 30, 32 derart verformen, dass die querträgerseitige Wand 20 parallel zu der längsträgerseitigen Wand 18 ausgerichtet wird.
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Infolge des Aufpralls stehen dann der Querträger 14 und der Längsträger 12 auf der Stoßseite des Kraftfahrzeugs rechtwinklig aufeinander. Dadurch wird die Last des frontalen Aufpralls in Richtung der Längserstreckung des Längsträgers 12 in den Längsträger 12 eingeleitet. Bei einer solchen axialen Belastung des Längsträgers 12 kann der Längsträger 12 besonders gut Stoßenergie absorbieren.
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In einem jeweiligen Teilbereich 34, welcher von der ebenen Wand 18 bis zu einer gedachten, zu der Wand 18 parallelen Ebene E reicht, weisen die Seitenwände 22, 28 und die Verstärkungsstreben 30, 32 eine gleich große Deformierbarkeit auf. Diese ist dadurch bewirkt, dass die jeweilige Wandstärke in den Bereichen 24 der Wandstärke der fahrzeugaußenseitigen Seitenwand 28 entspricht. An der Grenze der Bereiche 24 zu den Bereichen 26 weisen die Seitenwand 22 und die Verstärkungsstreben 30, 32 hingegen infolge der sprunghaft verringerten Wandstärke eine Sollknickstelle auf (vgl. 1).
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Die Seitenwand 22' und die Verstärkungsstreben 30', 32' können in einer alternativen Ausführungsform des Deformationselements 16' sich zu der querträgerseitigen Wand 20 hin konisch verjüngend ausgebildet sein. Im Deformationsbereich sind die Stützstreben hierbei also dünner ausgebildet als in einem an die längsträgerseitige Wand 18 anschließenden steifen Bereich. Zu dem steifen Bereich hin vergrößert sich die Wandstärke der Seitenwand 22' und der Verstärkungsstreben 30', 32' kontinuierlich (vgl. 2). Demgegenüber weist die fahrzeugaußenseitige Seitenwand 28 eine durchgehend einheitliche Wandstärke auf.
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Das parallele Ausrichten der querträgerseitigen Wand 20 zu der längsträgerseitigen Wand 18 ist bei dem Offset-Barrieren-Crash auch auf der stoßabgewandten Seite des Kraftfahrzeugs zu beobachten, also in dem Bereich, in welchem das Hindernis nicht mit dem Querträger 14 in Berührung kommt.
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Auf der stoßabgewandten Seite erfolgt eine Drehbeanspruchung des Querträgers 14. Der Querträger 14 wird um das sich verformende Deformationselement 16 umgelenkt. Hierbei wird die querträgerseitige Wand 20 parallel zu der längsträgerseitigen Wand 18 ausgerichtet, und der Querträger 14 erfährt eine lokal weniger stark konzentrierte Belastung im Bereich seiner Drehachse. Durch den vergleichsweise großen Umlenkwinkel des Querträgers 14 im Offset-Barrieren-Crash auf der stoßabgewandten Seite des Kraftfahrzeugs kann ein Einreißen oder ein komplettes Abtrennen des Querträgers 14 an dessen Anbindung an das Deformationselement 16 verhindert werden. Eine Strukturintegrität des Trägerverbunds 10 kann so auch ohne eine Aufdickung der Wandstärke des Querträgers 14 erreicht werden.
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Durch die unterschiedlich große Deformierbarkeiten aufweisenden Bereiche 24, 26 der Stützstreben ist also dem Deformationselement 16 eine Nachgiebigkeit verliehen, welche sowohl auf der Stoßseite als auch auf der stoßabgewandten Seite für verbesserte Crasheigenschaften des Trägerverbunds 10 sorgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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