DE102009055695A1

DE102009055695A1 - Trägerverbund für einen Wagen

Info

Publication number: DE102009055695A1
Application number: DE102009055695A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dugnus; Thomas Dipl.-Ing. Hambrecht
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: DE102009055695B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Trägerverbund (10) für einen Kraftwagen mit einem Längsträger (12), einem Querträger (20) und einer Crashbox (18) zwischen dem Längsträger (12) und dem Querträger (20). An einem Randbereich der Crashbox (18) sorgt ein steifes Profilteil (28) dafür, dass bei einem Aufprall des Kraftwagens auf ein Hindernis eine fahrzeuginnenseitige Wand (30) des Längsträgers (12) mit einer Kraftspitze beaufschlagt wird, welche einen Faltvorgang des Längsträgers (12) unter Ausbildung eines S-Schlages initiiert. Ein solches Versteifungsteil kann auch einstückig mit der Crashbox (18) ausgebildet oder durch eine Abschleppöse bereitgestellt sein.

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägerverbund für einen Wagen, insbesondere ein Kraftwagen, mit einem Längsträger, einem Querträger und einem Deformationselement zwischen dem Längsträger und dem Querträger. Das Deformationselement dient bei einer Kraftbeaufschlagung vorbestimmter Art in zumindest einer Stufe seiner Verformung zum Aufnehmen von Aufprallenergie.
Die DE 10 2008 013 832 A1 beschreibt ein Deformationselement, über welches in einem Kraftfahrzeug ein Stoßfänger an einen Längsträger angebunden ist. Der Längsträger ist hierbei als Hohlprofil ausgebildet, in welchen das Deformationselement bereichsweise eingeführt ist. Das Deformationselement ist über Schraubverbindungen sowohl mit dem Längsträger als auch mit dem Stoßfänger verbunden. Zum Erhöhen der Steifigkeit des Deformationselements ist dieses hierbei durch zwei einfache Hohlprofile gebildet.
Bei einem derartigen Trägerverbund ist der Umstand als nachteilig anzusehen, dass es bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Deformationselements zu lokal unerwünscht hohen Belastungen des Trägerverbunds kommen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Trägerverbund der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem eine verbesserte Kraftbeaufschlagung des Längsträgers erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Trägerverbund mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Trägerverbund, welcher insbesondere bei einem Kraftwagen zum Einsatz kommen kann, umfasst Mittel zum Bewirken einer Kraftweiterleitung von dem Deformationselement in den Längsträger bei einer Stufe der Verformung des Deformationselements derart, dass zwei unterschiedliche Wände des Längsträgers eine dahingehend unterschiedliche Kraftbeaufschlagung erfahren, dass die Kraftbeaufschlagung zu einer unterschiedlichen Verformung der beiden Wände des Längsträgers führt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine jeweils gleich große Kraftbeaufschlagung aller Wände des Längsträgers, welche zu einer gleichartigen Verformung aller Wände des Längsträgers führt, bereits vor dem Einsetzen der Verformung der Wände eine unerwünscht starke Belastung in einem Anbindungsbereich mit sich bringt, in welchem der Längsträger an ein weiteres Bauteil angebunden ist. Die bei dem vorliegenden Trägerverbund vorgesehenen Mittel zum Bewirken der Kraftweiterleitung führen nun zu einer unterschiedlichen Verformung zweier Wände des Längsträgers. Folglich kann der Längsträger Aufprallenergie durch Verformung, insbesondere Faltung, absorbieren, bevor die unerwünscht starke Kraftweiterleitung von dem Längsträger in den Anbindungsbereich erfolgt. Es ist so eine verbesserte Kraftbeaufschlagung des Längsträgers erreicht.
Dadurch, dass nicht alle Wände des Längsträgers mit einer im Wesentlichen gleichen Kraft beaufschlagt werden, kann der Längsträger besonders gut seine Funktion erfüllen, durch Verformung Aufprallenergie zu absorbieren. Die bereits in Verformung gewandelte Aufprallenergie kann dann nicht mehr auf den Anbindungsbereich des Längsträgers wirken. Der Anbindungsbereich kann so vergleichsweise einfach, kostengünstig und ein geringes Gewicht aufweisend ausgebildet werden.
Besonders günstig ist es, wenn die Mittel zum Bewirken der Kraftweiterleitung zu einer S-förmigen Verformung des Längsträgers führen, der verformte Längsträger also einen S-Schlag aufweist. Durch die Mittel zum Bewirken einer Kraftweiterleitung wird hierzu gezielt lediglich eine Wand des Längsträgers mit einer besonders großen Kraft beaufschlagt, so dass ein Faltvorgang am Längsträger initiiert wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in einer ersten Stufe der Verformung des Deformationselements ein erster Teilbereich des Deformationselements verformbar, welcher eine geringere Steifigkeit aufweist als die Mittel zum Bewirken der Kraftweiterleitung. Dadurch kann bei der Kraftbeaufschlagung vorbestimmter Art, etwa bei einem einen Unfall des Kraftwagens simulierenden Crashtest, das Deformationselement in seiner ersten Stufe der Verformung bereits Aufprallenergie aufnehmen. Anschließend können dann die Mittel eine Kraftspitze in die eine Wand des Längsträgers weiterleiten und so das Falten des Längsträgers bewirken, insbesondere unter Ausbildung eines S-Schlags desselben.
Die Mittel können ein weiteres Deformationselement umfassen, welches bevorzugt an eine Seitenwand des ersten Deformationselements und an den Querträger angebunden ist. Zusätzlich oder ergänzend können die Mittel einen einstückig mit dem Deformationselement ausgebildeten Teilbereich umfassen, etwa indem dieser Teilbereich des Deformationselements steifer ausgelegt ist als ein restlicher Bereich des Deformationselements. So kann die Steifigkeit der Mittel in einem besonders weiten Bereich wie gewünscht eingestellt werden, und es können die Mittel hinsichtlich des vorhandenen Bauraums günstig platziert werden.
In weiter vorteilhafter Weise können die Mittel eine Abschleppöse umfassen, also ein Bauteil, welches an dem Kraftwagen ohnehin vorgesehen ist, und welches zum Bewirken der Kraftweiterleitung lediglich an einer geeigneten Stelle positioniert zu werden braucht.
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.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 ausschnittsweise einen Kraftwagen mit einem Trägerverbund gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, welcher einen Längsträger, einen Querträger und eine zwischen dem Längsträger und dem Querträger angeordnete Crashbox umfasst, nach einem Aufprall des Kraftwagens auf ein Hindernis;
2 eine vergrößerte Detailansicht des Trägerverbunds gemäß 1 vor dessen aufprallbedingter Verformung;
3 eine alternative Ausführungsform eines Trägerverbunds gemäß der Erfindung; und
4 eine weitere Ausführungsform eines Trägerverbunds gemäß der Erfindung.
Von einem Kraftwagen ist in 1 ein Heckbereich gezeigt. Ein heckbereichseitiger Trägerverbund 10 umfasst einen Längsträger 12, welcher zum Heck des Kraftwagens hin an einen als Gussteil ausgebildeten Pralltopf 14 und zur Front des Kraftwagens hin ebenfalls an ein Gussteil 16 angebunden ist. Zum Heck des Kraftwagens hin schließt sich an den Pralltopf 14 eine Crashbox 18 an, über welche ein Querträger 20 für einen Stoßfänger in den Trägerverbund 10 eingebunden ist. Ein derartiger Aufbau des Trägerverbunds 10 ist in analoger Weise für einen Frontbereich des Kraftwagens vorstellbar.
Der seitlich neben einer Mulde 22 für ein Ersatzrad 24 angeordnete Längsträger 12 ist als hohles, vier Wände umfassendes Profilteil ausgebildet, welches in einem Anbindungsbereich 26 in das Gussteil 16 eingeführt ist. In dem Anbindungsbereich 26 ist der Längsträger 12 mit dem Gussteil 16 verschweißt und verschraubt.
An die Crashbox 18 und an den Querträger 20 ist gemäß einer ersten Ausführungsform des Trägerverbunds 10 ein besonders steifes Profilteil 28 angebunden, beispielsweise durch Schweißen. Das Profilteil 28 weist eine geringere Verformbarkeit auf als die Crashbox 18. Im nicht deformierten Zustand, also vor dem Auftreffen des Querträgers 20 auf ein (nicht gezeigtes) Hindernis, ist das Profilteil 28 von dem Pralltopf 14 beabstandet (vgl. 2).
Die jeweiligen Steifigkeiten der Crashbox 18 und des Längsträgers 12 sind so ausgelegt, dass sie die Belastungen eines vergleichsweise raschen Aufpralls, etwa wenn der Kraftwagen mit einer Geschwindigkeit von 15 km/h auf das Hindernis auftrifft, durch Verformung abfangen können.
Trifft nun der Kraftwagen auf das Hindernis auf, so verformt sich zunächst der dem Pralltopf 14 nahe Teilbereich der Crashbox 18 und baut hierbei Aufprallenergie ab. Wenn dann das Profilteil 28 mit dem Pralltopf 14 in Anlage gerät (vgl. 1), bewirkt das steife Profilteil 28 eine Kraftweiterleitung in den Längsträger 12, welche die fahrzeuginnenseitige Wand 30 des Längsträgers 12 mit einer besonders großen Kraft beaufschlagt. Ein mit der Krafteinleitung in den Längsträger 12 einhergehendes Belastungszentrum 32 ist in 1 angedeutet.
Durch die auf die fahrzeuginnenseitige Wand 30 wirkende große Kraft werden diese Wand 30 auf Biegung und die fahrzeugaußenseitige Wand 34 auf Dehnung beansprucht. Dies führt zu einem Initiieren eines Vorgangs des Sichfaltens des Längsträgers 12, bei dem der Längsträger 12 Aufprallenergie absorbiert.
Das Profilteil 28 bewirkt hierbei eine Kraftweiterleitung in den Längsträger 12, welche dazu führt, dass der verformte Längsträger 12 einen S-Schlag aufweist. Aufgrund der durch das Profilteil 28 bewirkten Kraftweiterleitung setzt jedoch die Verformung des Längsträgers 12 ein, bevor infolge der Kraftbeaufschlagung des Trägerverbunds 10 eine unerwünscht große Beanspruchung des Anbindungsbereichs 26 erfolgt. Aufgrund der so erreichten Entlastung des Anbindungsbereichs 26 kann der Aufwand für hier vorgesehene Verbindungsmittel, vorliegend also für Schweißnähte und Schrauben, reduziert werden.
3 zeigt eine Ausführungsform eines Trägerverbunds 10', bei welcher die Crashbox 18' als stranggepresstes Profilteil ausgebildet ist, welches etwa aus einer Aluminiumlegierung besteht. Hierbei umfasst die der Crashbox 18' eine dem Pralltopf 14 nahe Kammer 36, welche von zwei Diagonalstreben 38 durchzogen und vergleichsweise weich ausgebildet ist. Der durch diese Kammer 36 gebildete Teilbereich der Crashbox 18' verformt sich somit bei dem Aufprall des Kraftwagens auf das Hindernis in einer ersten Stufe vergleichsweise leicht. Hingegen ist eine dem Querträger 20 nahe Kammer 40 der Crashbox 18' in einem fahrzeuginnenseitigen Randbereich durch zusätzliche Wände 42, 44 und zwei Diagonalstreben 46 versteift. Bei dieser Ausführungsform des Trägerverbunds 10' führt also der durch die Wände 42, 44 und die Diagonalstreben 46 bereitgestellte Versteifungsbereich 48 der Crashbox 18' in einer zweiten Stufe zu einem Weiterleiten einer Kraftspitze in die Wand 30 des Querträgers 12, wenn der Kraftwagen auf das Hindernis aufprallt.
Bei der Ausführungsform eines Trägerverbunds 10'' gemäß 4 ist eine Abschleppöse 50 so in Bezug auf die Crashbox 18 platziert, dass sie für das gewünschte Weiterleiten der unfallbedingten Kraft in die fahrzeuginnenseitige Wand 30 des Längsträgers 12 sorgt. Hierbei macht man sich zu Nutze, dass die Abschleppöse 50, welche als zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist, in Richtung ihrer Zylinderachse eine besonders hohe Steifigkeit aufweist.
Die Abschleppöse 50 ist bei dieser Ausführungsform des Trägerverbunds 10'' im Vergleich zu ihrer üblichen Anordnung im Kraftwagen (vgl. 2 oder 3) zur Fahrzeuginnenseite hin verschoben. Anstelle der Abschleppöse 50 können auch andere, im Bereich des Querträgers 20 ohnehin vorgesehene und ausreichend steife Bauteile so platziert werden, dass durch diese bei dem Aufprall auf das Hindernis die gewünschte Weiterleitung einer Kraftspitze in die Wand 30 des Längsträgers 12 gewährleistet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008013832 A1 [0002]

Claims

Trägerverbund für einen Wagen mit einem Längsträger (12), einem Querträger (20) und einem Deformationselement (18, 18') zwischen dem Längsträger (12) und dem Querträger (20), welches bei einer Kraftbeaufschlagung vorbestimmter Art in zumindest einer Stufe seiner Verformung zum Aufnehmen von Aufprallenergie dient, gekennzeichnet durch Mittel (28, 48, 50) zum Bewirken einer Kraftweiterleitung von dem Deformationselement (18, 18') in den Längsträger (12) bei einer Stufe der Verformung des Deformationselements (18, 18') derart, dass zwei unterschiedliche Wände (30, 34) des Längsträgers (12) eine dahingehend unterschiedliche Kraftbeaufschlagung erfahren, dass diese zu einer unterschiedlichen Verformung der beiden Wände (30, 34) des Längsträgers (12) führt.
Trägerverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Stufe der Verformung des Deformationselements (18') ein erster Teilbereich (36) des Deformationselements (18') verformbar ist, welcher eine geringere Steifigkeit aufweist als die Mittel (48) zum Bewirken der Kraftweiterleitung.
Trägerverbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein weiteres Deformationselement (28) umfassen, welches an eine Seitenwand des ersten Deformationselements (18) und/oder an den Querträger (20) angebunden ist.
Trägerverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel einen einstückig mit dem Deformationselement (18') ausgebildeten Teilbereich (48) des Deformationselements (18') umfassen.
Trägerverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine Abschleppöse (50) umfassen.
Trägerverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (28, 48, 50) in Bezug auf das Deformationselement (18, 18') fahrzeuginnenseitig angeordnet sind.
Trägerverbund nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (18') als stranggepresstes, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung gebildetes, Profilteil ausgebildet ist.