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Die Erfindung betrifft eine Karosseriesäule, insbesondere B-Säule, für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Die B-Säule eines Kraftfahrzeuges erstreckt sich im Wesentlichen in vertikaler Richtung zwischen dem Dach-Längsträger und dem Bodenschweller eines Kraftfahrzeuges. Die B-Säule dient einerseits der Versteifung der seitlichen Fahrzeugkarosserie und andererseits zur Aufnahme von Bauteilen, wie etwa einem Gurtretraktor oder dergleichen. Zudem begrenzt die B-Säule einen vorderen Einstieg und gegebenenfalls einen hinteren Einstieg des Kraftfahrzeuges. Zur Erhöhung der Seitenaufprallfestigkeit im Seitencrashfall kann in der B-Säule ein Verstärkungsblech integriert sein, das einer unfallbedingten Deformation der B-Säule in den Fahrzeuginnenraum hinein entgegenwirkt.
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Beispielhaft ist aus der
DE 197 40 368 B4 eine verstärkte Karosseriesäule bekannt, die einen am Dach-Längsträger der Rohbaukarosserie angebundenen Kopfabschnitt, einen am Bodenschweller der Rohbaukarosserie angebundenen Fußabschnitt sowie einen sich dazwischen erstreckenden mittleren Säulenabschnitt aufweist. Innerhalb der als Hohlträger ausgebildeten Karosseriesäule ist ein zusätzliches Verstärkungselement zur Erhöhung der Seitenaufprallfestigkeit vorgesehen. Der Hohlträger ist dabei zweiteilig mit einem U-profilförmigen äußeren Säulenteil und einem inneren Säulenteil ausgebildet, zwischen denen das Verstärkungselement vorgesehen ist. Das Verstärkungselement weist seitliche Befestigungsflansche auf, die unter Bildung eines Dreilagenaufbaus zwischen korrespondierenden Befestigungsflanschen des inneren und äußeren Säulenteiles verschweißt sind.
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Bei übermäßig großen Seitenaufprallkräften besteht bei derart verstärkten Karosseriesäulen das Risiko, dass trotz des Verstärkungselementes je nach Aufprallort es zu einem unkontrollierten Ausknicken der Karosseriesäule in den Fahrzeuginnenraum hinein kommen kann.
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Aus der
US 2011/009567 A1 ist eine gattungsgemäße Karosseriestruktur für ein Fahrzeug bekannt, die ein Verstärkungselement zur Erhöhung einer Seitenaufprallfestigkeit aufweist. Aus der
US 2011/0133515 A1 aus der
US 2010/0231003 A1 , aus der
JP 2010/173 403 A und aus der
JP 2006/321 491 A sind ebenfalls Verstärkungselemente für Karosseriesäulen bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriesäule, insbesondere eine B-Säule eines Fahrzeuges bzw. eine Rohbaukarosserie eines Fahrzeuges bereitzustellen, bei der im Seitencrashfall ein Ausknicken der Karosseriesäule in den Fahrzeuginnenraum hinein auf Höhe des Fahrzeuginsassen vermieden wird.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung geht von dem Sachverhalt aus, dass die für die Seitenaufprallfestigkeit einschlägigen Kennwerte, insbesondere das Flächenträgheitsmoment, am Übergang zwischen dem mittleren Säulenabschnitt und dem auf dem Bodenschweller aufgesetzten Fußabschnitt der Karosseriesäule aufgrund geometrischer sowie baulicher Randbindungen (Retraktor-Anbau) maximal sind. Entsprechend ist dort auch die Seitenaufprallfestigkeit der Karosseriesäule am größten. Gerade dieser Übergangsbereich ist jedoch beabstandet vom Fahrzeuginsassen und damit mit Bezug auf den Insassenschutz unkritisch bei einer unfallbedingten Deformation. Vor diesem Hintergrund weist das Verstärkungselement am Übergang vom Fußabschnitt in den Säulenabschnitt eine die Seitenaufprallfestigkeit herabsetzende Soll-Deformationsstelle auf. Im Seitencrashfall wird somit in der Soll-Deformationsstelle eine Deformation der Karosseriesäule in der Fahrzeugquerrichtung nach innen eingeleitet.
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Erfindungsgemäß ist die Soll-Deformationsstelle eine, mit Hilfe von Blechumformung gebildete Sicke. In diesem Fall wird in das vollflächige Blechmaterial des Verstärkungselementes eine lokal konkave Geometrie eingeformt, und zwar ohne zusätzliche Materialaussparungen bzw. ohne zusätzliche spezielle Wärmebehandlung am Übergang zwischen dem Fußabschnitt und dem Säulenabschnitt. Auf diese Weise ergibt sich eine stabile, definierte Deformation des Karosseriesäulenfußes. Zudem ergibt sich eine vergleichsweise hohe Energieabsorption durch die erzwungene Material-Deformation, und zwar bei gleichzeitig hoher Festigkeit. Außerdem werden die Befestigungsflansche des Verstärkungselementes entlastet, wodurch sich eine Rissgefahr reduziert. Zudem kann die Nachgiebigkeit der Karosseriesäule in gewissem Maße durch eine entsprechende Ausformung der Geometrie eingestellt werden, wodurch sich in einfacher Weise ein Kompromiss zwischen der Entlastung des oberen Teils der Karosseriesäule sowie einer im Seitencrashfall zulässigen Intrusionstiefe herstellen lässt.
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Das Verstärkungselement ist ein profiliertes Blechteil, insbesondere ein U-Profilteil mit einer in der Fahrzeugquerrichtung äußeren Bodenwand sowie mit in der Fahrzeugquerrichtung nach innen abragenden Seitenflanken. Die Soll-Deformationsstelle ist in der Bodenwand des Verstärkungselementes angeordnet. Erfindungsgemäß geht die Soll-Deformationsstelle ausgehend von der Bodenwand an Übergangskanten durchgängig bis in die Seitenflanken des Verstärkungselementes über. Zudem ist die als Sicke ausgebildete Soll-Deformationsstelle in der Fahrzeuglängsrichtung geradlinig oder zumindest teilweise kreisbogenförmig ausgeführt.
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Der am Bodenschweller anbindbare Fußabschnitt der Karosseriesäule ist ein Winkelprofil, das den Bodenschweller umgreift. Das Winkelprofil weist einen, auf die Oberseite des Bodenschwellers aufsetzbaren Auflageschenkel sowie einen auf einer, in der Fahrzeugquerrichtung äußeren Seitenwand des Bodenschwellers aufsetzbaren Außenschenkel auf. Der Außenschenkel verläuft dabei vertikal und geht an einer Winkelprofilkante in den horizontal verlaufenden Auflageschenkel über. Zur weiteren Optimierung des Deformationsverhaltens der Karosseriesäule ist es bevorzugt, wenn der Säulenabschnitt und der Kopfabschnitt des Verstärkungselementes in der Vertikalrichtung oberhalb der Solldeformationsstelle keine weiteren Soll-Deformationsstellen aufweist. Das heißt, dass die Karosseriesäule am Dach-Längsträger - im Vergleich zum Fußabschnitt - äußerst bauteilsteif angebunden ist. Die untere Soll-Deformationsstelle ist dabei bevorzugt so angepasst, dass sich im Seitencrashfall der Säulenabschnitt gegenüber dem Fußabschnitt um einen vorgegebenen Deformationsweg in der Fahrzeugquerrichtung nach innen verlagert. Auf diese Weise ergibt sich im Seitencrashfall eine sogenannte Zeigerkinematik, bei der die steif am Dach-Längsträger angebundene Karosseriesäule in Schwenkbewegung um einen, von der Soll-Deformationsstelle vorgegebenen Deformationsweg in den Fahrzeuginnenraum hinein verlagerbar ist.
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Um trotz der Soll-Deformationsstelle eine ausreichend große Seitenaufprallfestigkeit bereitzustellen, ist es von Vorteil, wenn die untere Sickenwand der als Sicke ausgeführten Soll-Deformationsstelle zumindest teilweise in Anlage mit der Oberseite des Bodenschwellers ist. In diesem Fall ist die Sicken-Geometrie derart gestaltet, dass deren untere Sickenwand in der Fahrzeuglängsrichtung in Flucht mit einer den Bodenschweller umgreifenden Winkelprofil-Innenkante des Fußabschnittes ausgerichtet ist. Entsprechend kann sich die Sicke über ihre untere Sickenwand zusätzlich auf der Oberseite des Bodenschwellers abstützen.
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Der Hohlträger der Karosseriesäule ist zweiteilig mit einer zum Beispiel U-profilförmigen äußeren Säulenteil und einem inneren Säulenteil ausgebildet, die ein geschlossenes Hohlprofil bilden. Zwischen den beiden Säulenteilen ist das Verstärkungselement angeordnet. Dabei weist das Verstärkungselement an den Randkanten seiner Seitenflanken zusätzlich abgewinkelte Befestigungsflansche auf, die im Zusammenbauzustand zwischen korrespondierenden Befestigungsflanschen der äußeren und inneren Säulenteile angeordnet sind. Im Hinblick auf eine Entlastung der Befestigungsflansche des Verstärkungselementes schließt die sich bis in die Seitenflanken erstreckende Sicke mit Abstand vor den Randkanten ab.
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Der Boden des U-profilförmigen Säulenabschnittes geht in einer Verlängerung nach unten flächenbündig in den Außenschenkel des Winkelprofils über. Zudem gehen die Seitenflanken des Säulenabschnittes in der Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und nach hinten in die horizontalen Auflageschenkeln des Winkelprofils über.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 in einer grob schematischen Perspektivdarstellung teilweise eine Rohbaukarosserie eines Fahrzeuges;
- 2 in einer Detailansicht den Übergang einer B-Säule in den Bodenschweller der Fahrzeugkarosserie;
- 3 den Übergang vom Fußabschnitt in den Säulenabschnitt des Verstärkungselementes in einer Blickrichtung I, die in der 2 angedeutet ist;
- 4 eine Prinzipskizze, mit der der Deformationsverlauf beim Seitencrash veranschaulicht ist; und
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verstärkungselementes.
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In der 1 ist in grob schematischer Ansicht eine Rohbaukarosserie eines Kraftfahrzeuges gezeigt, die jedoch nur insoweit angedeutet ist, als es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. So weist die Rohbaukarosserie an einer Seitenwandbaugruppe einen unteren Fahrzeuglängsträger 1 auf, der im Bereich der Fahrgastzelle in einen seitlichen Bodenschweller übergeht. Die B-Säule 3 der dargestellten Baugruppe ist seitlich hinter einer A-Säule 5 angeordnet und verbindet in vertikaler Richtung z den Bodenschweller 1 mit einem Dach-Längsträger 7 eines Dachrahmens der Fahrzeugkarosserie.
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Die B-Säule 3 dient einerseits der Versteifung der seitlichen Karosserie und andererseits zur Aufnahme von Anbauteilen, etwa einem Gurtaufroller oder dergleichen. Die B-Säule 3 ist dabei als ein Hohlträger 9 (in der 1 nur gestrichelt angedeutet) ausgeführt, in dem ein in der 1 mit durchgezogenen Linien hervorgehobenes Verstärkungsblechteil 11 integriert ist. Mit Hilfe des im Hohlträger 3 integrierten Verstärkungsblechteiles 11 wird im Falle einer Seitenkollision die Seitenaufprallfestigkeit der B-Säule 3 erhöht.
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Gemäß der 1 weist das Verstärkungsblechteil 11 einen am Dach-Längsträger 7 bauteilsteif angebundenen Kopfabschnitt 13, einen am Bodenschweller 1 angebundenen Fußabschnitt 15 sowie einen sich dazwischen in der Vertikalrichtung z erstreckenden mittleren Säulenabschnitt 17 auf. Im Gegensatz zur bauteilsteifen Anbindung am Dach-Längsträger 7 ist im unteren Bereich der B-Säule 3 eine Soll-Deformationsstelle 19 vorgesehen, die in der 1 lediglich grob angedeutet ist. Wie später anhand der 4 beschrieben wird, ist im Seitencrashfall in der Soll-Deformationsstelle 19 eine Deformation der B-Säule 3 in der Fahrzeugquerrichtung y nach innen einleitbar.
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In der 2 ist in einer Detailansicht der Übergang vom Säulenabschnitt 17 in den Fußabschnitt 15 des Verstärkungsblechteiles 11 dargestellt sowie die Anbindung des Fußabschnittes 15 am Bodenschweller 1. Gemäß der 2 ist der Hohlträger 9 der B-Säule durch ein, in der 2 nur gestrichelt dargestelltes U-profilförmiges Außenblech 21 und durch ein ebenfalls gestrichelt angedeutetes Innenblech 23 aufgebaut. Die Befestigungsflansche 25 des Innen- und Außenbleches 21, 23 sind unter Zwischenlage eines Befestigungsflansches 27 des Verstärkungsblechteiles 11 miteinander verschweißt. Gemäß der 2 ist das Verstärkungsblechteil 11 im Säulenabschnitt 17 in etwa U-profilförmig ausgebildet, und zwar mit einer in der Fahrzeugquerrichtung y äußeren Bodenwand 29 sowie mit in der Fahrzeugquerrichtung y an Übergangskanten 31 nach innen abragenden Seitenflanken 33. Die beiden Seitenflanken 33 sind an freien Randkanten 35 mit den bereits erwähnten Befestigungsflanschen 27 abgewinkelt. Der U-profilförmige Säulenabschnitt 17 ist dabei in etwa dem ebenfalls U-förmigen Außenblech 21 konturangepasst.
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Der in der 2 gezeigte Fußabschnitt 15 ist als Winkelprofil ausgeführt, der mit horizontalen oberen Auflageschenkeln 37 auf der Oberseite 39 des Bodenschwellers 1 aufgesetzt ist. Die Auflageschenkel 37 gehen an Winkelprofilkanten 41 in einen vertikalen, flächigen Außenschenkel 43 über, der auf einer, in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen weisenden Außenwand 45 des Bodenschwellers 1 aufgesetzt ist. Die Bodenwand 29 des U-profilförmigen Säulenabschnittes 17 geht dabei in etwa flächenbündig in den Außenschenkel 43 des Winkelprofils über, während die Seitenflanken 33 des Säulenabschnittes 17 in die, in Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne und hinten ausgeweiteten Auflageschenkeln 37 übergehen.
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Unmittelbar am Übergang zwischen dem Säulenabschnitt 17 und dem Fußabschnitt 15 ist die Soll-Deformationsstelle 19 als eine Sicke in das vollflächige Blechmaterial des Verstärkungsblechteiles 11 eingeprägt, und zwar ohne zusätzliche Materialaussparung oder sonstige spezielle Wärmebehandlung. Die rillenförmige Sicke 19 erstreckt sich horizontal in der Fahrzeuglängsrichtung x entlang der Bodenwand 29 und geht an den Übergangskanten 31 bis in die Seitenflanken 33 über. Die Sicke 19 schließt dabei mit einem Abstand a vor den Randkanten 35 der Seitenflanken 33 ab.
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In der 3 ist der Übergang vom Fußabschnitt 15 in den Säulenabschnitt 17 von innen, das heißt in einer, in der 2 mit Pfeil I angedeuteten Blickrichtung dargestellt. Demzufolge verläuft die Sicke 19 im Gegensatz zur 2 nicht in der Fahrzeuglängsrichtung x geradlinig in der Bodenwand 29, sondern vielmehr entlang eines nach unten ausgebauchten Kreisbogens, dessen untere Scheitelstelle S in etwa in Flucht mit einer Winkelprofilinnenkante 47 ausgerichtet ist. Entsprechend kann sich in der Zusammenbaulage die Sicke 19 mit ihrer unteren Sickenwand 44 auf der Oberseite 39 des Bodenschwellers 1 zur Erhöhung der Seitenaufprallfestigkeit abstützen.
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Anhand der 4 ist das Deformationsverhalten der erfindungsgemäßen B-Säule 3 im Seitencrashfall veranschaulicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 4 lediglich das Verstärkungsblechteil 11 der B-Säule 3 angedeutet, während der Hohlträger 9 nicht eingezeichnet ist. Demzufolge wird bei Beaufschlagung des Verstärkungsblechteils 11 mit einer Seitenkollisionskraft FA der Säulenabschnitt 17 im unteren Bereich unmittelbar am Bodenschweller 1 eine Deformation über einen Deformationsweg Δy initiiert. Auf diese Weise wird der Seitenabschnitt 17 im unteren Bereich um den Deformationsweg Δy in einer Schwenkbewegung nach innen verlagert. Die bauteilsteife Anbindung am Dach-Längsträger 7 bildet dabei den Schwenkpunkt. Die Deformation des Verstärkungsblechteiles 11 ist somit alleine auf die unterhalb des angedeuteten Fahrzeugsitzes angeordnete Sicke 19 beschränkt.
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In der 5 ist in einer Ansicht entsprechend der 2 ein weiteres Verstärkungsblechteil 11 am Übergang vom Säulenabschnitt 17 in den Fußabschnitt 15 dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau sowie die Geometrie am Übergang zwischen dem Säulenabschnitt 17 und dem Fußabschnitt 15 sind dabei im Wesentlichen identisch mit dem anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiel. Von daher wird Bezug auf die Vorbeschreibung genommen. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist in der 5 die Sicke 19 nicht geradlinig sowohl in der Bodenwand 29 als auch in den Seitenflanken 33 eingeformt, sondern vielmehr alleine in der Bodenwand 29, während die Seitenflanken 33 sickenfrei verbleiben. Die in der 5 gezeigte Sicke 19 verläuft dabei nicht in der Fahrzeuglängsrichtung x geradlinig, sondern ebenfalls kreisbogenförmig nach unten ausgebaucht.
