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Die Erfindung betrifft ein Trägerelement für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Seitenschweller oder Querträger einer Karosserie, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Ein gattungsgemäßes Trägerelement wird beispielsweise als Seitenschweller in Fahrzeugen der Anmelderin eingesetzt. Dabei werden innerhalb des Trägerelements durch die sich kreuzenden Vertikalstege und Horizontalstege Kammern gebildet, die nach Steifigkeits- und Crashgesichtspunkten aufgeteilt bzw. ausgelegt werden können.
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Problematisch dabei ist allerdings, dass trotz dieser Auslegung insbesondere im Fall eines Seitenaufpralls noch immer zu hohe Kräfte in den Innenraum des Kraftfahrzeugs eingeleitet werden.
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Ein weiteres Trägerelement, das ebenfalls als Seitenschweller eingesetzt wird, ist in der
DE 10 2006 015 414 A1 beschrieben. Der Querschnitt dieses Trägerelements ist auf eine hohe Torsionssteifigkeit ausgelegt.
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Die
DE 102 05 627 A1 zeigt einen Querträger zur Aufnahme von Stößen auf ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer Halterung zur Befestigung des Querträgers an dem Kraftfahrzeug, und mit mindestens einem in dem Querträger angeordneten Deformations-Einsatz zur Dämpfung eines Aufpralls auf den Querträger.
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Aus der
EP 1 688 312 A1 ist ein Deformationselement aus einem Mehrkammer-Hohlprofil bekannt, welches eine Profillängsachse zur Aufnahme von in Richtung der Profillängsachse einwirkender Aufprallenergie aufweist, wobei das Hohlprofil von einem Profilsteg in mehrere Kammern unterteilt ist und die Profilaußenwände als nach außen gebogene Wandabschnitte aufweisen.
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Die
DE 100 56 865 A1 beschreibt eine Stoßstange für Kraftfahrzeuge, die ein Profilteil umfasst, welches eine vordere Seitenwand, eine hintere Seitenwand, eine Nut und eine gekrümmte Innenwand aufweist, wobei die Innenwand wenigstens teilweise an ihren beiden Enden mit der hinteren Seitenwand verbunden ist und wenigstens über einen Teil einer ihrer Flächen mit der vorderen Seitenwand auf Höhe der Nut verbunden ist.
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Die
US 6 296 300 B1 zeigt eine Anordnung, bei der nach dem Wirken einer Kraft oder Spannung, die bei einer Frontal- oder Heckkollision eines Fahrzeugs eine vorbestimmte Größe übersteigt, die Übertragung von Kraft/Spannung in Richtung auf die Fahrzeugbodenkonstruktion zu einem Boden in einer Weise geleitet wird, die die Länge des oben erwähnten Arms eines Kraftmoments um einen Abschnitt der Konstruktion in der Nähe eines Endes der Bodens reduziert.
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Aus der
DE 102 39 919 B4 ist eine Schutzvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, mit einer Stoßstange aus einem stranggepressten Profil, das eine äußere Vertikalwand, eine dieser gegenüberliegende innere Vertikalwand, mindestens zwei diese verbindende Querwände sowie einen zwischen der äußeren Vertikalwand und der inneren Vertikalwand angeordneten, die Querwände verbindenden Vertikalsteg aufweist, wobei innerhalb und/oder außerhalb der Querwände mehrere Nuten als Sollverformungsstellen angeordnet sind.
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Die
DE 10 2007 025 439 B3 offenbart ein Verfahren zum Formen einer Versteifungsstrebe für ein Kraftfahrzeug, wobei die Versteifungsstrebe ein durch einen äußeren Mantel begrenztes Hohlprofil, sowie eine innerhalb des äußeren Mantels angeordnete, das Hohlprofil in mehrere Kammern unterteilende Stützstruktur aufweist.
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Die
US 8 011 721 B2 beschreibt einen Seitenschweller, der aus einer Stahlplatte gebildet ist und Verstärkungselemente aufweist, welche aus Aluminium extrudiert sind und in dem Seitenschweller angeordnet sind.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Trägerelement für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das im Falle eines quer zur Längsrichtung desselben auftretenden Verformung geringere Kräfte in Richtung des Innenraums des Kraftfahrzeugs weiterleitet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch die entgegen der im Crashfall, d. h. im Falle des Auftreffens des Trägerelements auf ein Hindernis, zu erwartenden Krafteinwirkung gerichtete Biegung des Vertikalstegs ist der Vertikalsteg um einen gewissen Betrag vorgespannt, wodurch eine auf denselben einwirkende Kraft nicht nur zu einer Verformung des Vertikalstegs in horizontaler Richtung führt, sondern vielmehr auch in vertikaler Richtung verlaufende Kräfte in denselben eingeleitet werden, was zu einer stärkeren Verformung des Vertikalstegs und durch die Weiterleitung der Kräfte auch zu einer stärkeren Verformung des gesamten Innenprofils des erfindungsgemäßen Trägerelements führt.
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Eine noch stärkere Verformung des Trägerelements und dadurch eine noch größere Energieabsorption ist gegeben, da ein auf der Innenseite der Biegung des Vertikalstegs liegender Abschnitt des Horizontalstegs so ausgebildet ist, dass derselbe in einem Crashfall durch die Einwirkung des Vertikalstegs und/oder des Horizontalstegs verformt wird. In einfacher Weise kann sich eine solche Verformung des auf der Innenseite der Biegung des Vertikalstegs liegenden Abschnitts des Horizontalstegs ergeben, da derselbe eine Biegung aufweist. Hinsichtlich einer gleichmäßigen Verteilung der auf das Trägerelement einwirkenden Kraft ist es besonders vorteilhaft, dass sich der Vertikalsteg und der Horizontalsteg im Wesentlichen in der Mitte des Trägerelements kreuzen. Auf diese Weise kann außerdem die Steifigkeit des Trägerelements erhöht werden.
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Dadurch wird ein sehr viel größerer Anteil der durch den Aufprall auf das Trägerelement einwirkenden Kraft bzw. Energie absorbiert, so dass sehr viel geringere Kräfte in den Innenraum des Kraftfahrzeugs, in dem sich die Passagiere befinden, weitergeleitet wird. Das erfindungsgemäße Trägerelement bietet damit eine erhebliche Verbesserung des Insassenschutzes.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Abschnitt des Horizontalstegs eine Sollknickstelle aufweisen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
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1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägerelements;
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2 das Trägerelement aus 1 in einem durch externe Krafteinwirkung verformten Zustand;
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3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägerelements; und
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4 das Trägerelement aus 3 in einem durch externe Krafteinwirkung verformten Zustand.
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Die 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines Trägerelements 1 für ein in seiner Gesamtheit nicht dargestelltes Kraftfahrzeug. Das Trägerelement 1 kann insbesondere als Seitenschweller oder als Querträger einer Karosserie des Kraftfahrzeugs dienen. Im Falle eines Seitenschwellers befindet sich das Trägerelement 1 auf beiden Seiten des Kraftfahrzeugs jeweils in einem seitlichen, unteren Bereich des Kraftfahrzeugs und verläuft in Längsrichtung desselben, vorzugsweise von einer A-Säule zu einer C- bzw. B-Säule. Im Falle eines Querträgers kann sich das Trägerelement 1 in einem vorderen, mittleren oder hinteren Bereich der Karosserie des Kraftfahrzeugs befinden und verläuft in Querrichtung desselben.
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Das Trägerelement 1 weist ein umlaufendes Außenprofil 2 und ein innerhalb des Außenprofils 2 angeordnetes Innenprofil 3 auf. Das Außenprofil 2 weist im vorliegenden Fall eine ungleichmäßig viereckige Form mit einer auf einer Seite schräg verlaufenden Wandung auf, es sind jedoch auch andere Formen des Außenprofils 2 denkbar, insbesondere weil diese häufig von der gesamten Konstruktion der Karosserie abhängen.
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Das Innenprofil 3 weist einen im Wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufenden Vertikalsteg 4 und einen im Wesentlichen in horizontaler Richtung verlaufenden Horizontalsteg 5 auf. Mit der Angabe ”im Wesentlichen in vertikaler Richtung” bzw. ”im Wesentlichen in horizontaler Richtung” sind auch Richtungen gemeint, die um einen gewissen Winkel von der Vertikal- bzw. Horizontalrichtung abweichen. Der Vertikalsteg 4 und der Horizontalsteg 5 kreuzen sich in einem Kreuzungsbereich 6, der im vorliegenden Fall im Wesentlichen in der Mitte des Trägerelements 1, d. h. in der Mitte des Außenprofils 2, liegt. Durch dieses Kreuzen werden der Vertikalsteg 4 und der Horizontalsteg 5 jeweils in zwei Abschnitte unterteilt. Im vorliegenden Fall werden die beiden Abschnittes des Vertikalstegs 4 als oberer Abschnitt 4a und unterer Abschnitt 4b bezeichnet. Die beiden Abschnitte des Horizontalstegs 5 werden als linker Abschnitt 5a und als rechter Abschnitt 5b bezeichnet. Der obere Abschnitt 4a, der untere Abschnitt 4b, der linke Abschnitt 5a und der rechte Abschnitt 5b treffen sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel also in dem Kreuzungsbereich 6. Insbesondere bei den Bezeichnungen ”linker Abschnitt 5a” und ”rechter Abschnitt 5b” des Horizontalstegs 5 sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass im Falle der Anordnung des Trägerelements 1 auf der gegenüberliegenden Fahrzeugseite der linke Abschnitt 5a zum rechten Abschnitt und der rechte Abschnitt 5b zum linken Abschnitt wird.
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Um eine Vorspannung des Vertikalstegs 4 entgegen einer durch den Pfeil ”F” bezeichneten, im Crashfall von außen auf das Trägerelement 1 einwirkenden Kraft zu erreichen, weist der Vertikalsteg 4 eine entgegen der Richtung der zu erwartenden Krafteinwirkung gerichtete Biegung 7 auf. Mit anderen Worten, der Vertikalsteg 4 weist eine Konvexität entgegen der durch den Pfeil ”F” dargestellten, zu erwartenden Krafteinwirkung auf. Da sich der in 1 rechte Bereich des Trägerelements 1 in dem äußeren Bereich des Kraftfahrzeugs befindet, kann die Richtung der Krafteinwirkung auf das Trägerelement 1 verhältnismäßig genau festgelegt bzw. vorbestimmt werden.
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Im Falle eines Schwellers handelt es sich bei dem Crashfall insbesondere um einen Seitenaufprall, der beispielsweise durch den sogenannten ”Pfahlcrash” simuliert werden kann. Im Falle eines Querträgers handelt es sich bei dem Crashfall insbesondere um einen Front- oder Heckaufprall.
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Bei dieser horizontalen Beaufschlagung wird durch die Geometrie der Biegung 7 die in das Trägerelement 1 eintretende Kraft, neben einer auch weiterhin in horizontaler Richtung wirkenden Kraftkomponente, in zwei nach oben und unten gerichtete, im Wesentlichen vertikale Komponenten aufgeteilt. In 2 ist sehr gut erkennbar, wie sich durch die Biegung 7 des Vertikalstegs 4 nicht nur der Vertikalsteg 4 selbst, sondern insbesondere das gesamte Innenprofil 3 und das gesamte Außenprofil 2 des Trägerelements 1 verformen. Dadurch wird ein großer Teil der durch den Aufprall auf das Trägerelement 1 einwirkenden Energie absorbiert. Neben der Deformation ergibt sich außerdem eine gewisse Längung des Vertikalstegs 4, wodurch die horizontale, also parallel zur Richtung der Krafteinleitung verlaufende Kraftkomponente in eine vertikale, also senkrecht zur Richtung der Krafteinleitung verlaufende Kraftkomponente umgeleitet wird. Durch diese Verformung des Trägerelements 1 werden erheblich geringere Kräfte an die sich im Innenraum des Kraftfahrzeugs befindlichen Passagiere weitergeleitet.
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Im vorliegenden Fall ist der Vertikalsteg 4 über seine gesamte Länge gebogen, wobei der Radius der Biegung im Wesentlichen konstant ist. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen der Biegung 7 denkbar.
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Der auf der Innenseite der Biegung 7 des Vertikalstegs 4 liegende, linke Abschnitt 5a des Horizontalstegs 5, also der sich auf der abgelegenen Seite der Krafteinwirkung befindende Abschnitt des Horizontalstegs 5 ist so ausgebildet, dass er durch die Einwirkung des Vertikalstegs 4 verformt wird. In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch realisiert, dass der Horizontalsteg 5 eine Biegung 8 aufweist. Dadurch wird, wie in dem verformten Zustand des Trägerelements 1 in 2 zu erkennen ist, eine gezielte Verformung des linken Abschnitts 5a des Horizontalstegs 5 erreicht. Die Biegung 8 des linken Abschnitts 5a des Horizontalstegs 5 könnte entgegen der Darstellung in 1 auch nach unten gerichtet sein. Des Weiteren kann der auf der Innenseite der Biegung 7 des Vertikalstegs 4 liegende Abschnitt 5a des Horizontalstegs 5 auch so ausgebildet sein, dass er in einem Crashfall durch die Einwirkung des Horizontalstegs 5 bzw. des rechten Abschnitts 5b des Horizontalstegs 5 verformt wird. Hierzu kann ebenfalls die Biegung 8 des linken Abschnitts 5a dienen.
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In den 3 und 4 ist eine alternative Ausführungsform des Trägerelements 1 dargestellt. Dabei ist erkennbar, dass das Außenprofil 2 in diesem Fall einen rechteckigen Querschnitt aufweist, der jedoch auch annähernd quadratisch oder in einer anderen Form ausgeführt sein könnte. Ähnlich wie bei der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 weist der Vertikalsteg 4 auch hier die Biegung 7 auf. Dagegen ist der auf der Innenseite der Biegung 7 des Vertikalstegs 4 liegende, linke Abschnitt 5a des Horizontalstegs 5 mit einer Sollknickstelle 9 versehen, durch welche bewirkt wird, dass der linke Abschnitt 5a des Horizontalstegs 5 im Crashfall durch die Einwirkung des Vertikalstegs 4 definiert verformt wird. Die Sollknickstelle 9 ist im vorliegenden Fall als Sicke in dem linken Abschnitt 5a des Horizontalstegs 5 ausgebildet. Dadurch kann der Horizontalsteg 5 über seine gesamte Länge im Wesentlichen gerade ausgeführt sein. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, die in 1 dargestellte Biegung 8 des linken Abschnitts 5a des Horizontalstegs 5 mit der in 3 dargestellten Sollknickstelle 9 desselben zu kombinieren. Des Weiteren ist es selbstverständlich auch möglich, die Sollknickstelle 9 bei der Ausführungsform der 1 und 2 vorzusehen. Außerdem ist es möglich, die Biegung 8 des linken Abschnitts 5a des Horizontalstegs 5 bei der Ausführungsform der 3 und 4 vorzusehen und auf die Sollknickstelle 9 zu verzichten.
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Das Trägerelement 1 ist in sämtlichen dargestellten Ausführungsformen durch ein Strangpressprofil gebildet und besteht vorzugsweise aus Aluminium. Alternativ wäre es jedoch auch möglich, das Trägerelement 1 durch eine Schalenkonstruktion zu bilden. In diesem Fall könnten auch Stahlwerkstoffe für das Trägerelement 1 eingesetzt werden.
