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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer B-Säule und einer Dissipationsanordnung zur Dissipation von Energie infolge eines Seitenaufpralls sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer solchen Kraftfahrzeugkarosserie und ein Verfahren zur Dissipation von Energie infolge eines Seitenaufpralls eines solchen Kraftfahrzeugs.
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Aus der
DE 10 2010 001 231 A1 ist eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einer steifen B-Säule aus faserverstärktem Polymermaterial bekannt, deren unteres Ende über eine Energieabsorptionseinrichtung derart mit einem Schweller verbunden ist, dass bei einem Seitenaufprall auf die B-Säule zumindest ein Teil der Aufprallenergie durch eine plastische Stauchung oder Dehnung der Energieabsorptionseinrichtung absorbierbar ist.
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Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, die Charakteristik eines Kraftfahrzeugs bei einem Seitenaufprall zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ansprüche 12, 13 stellen ein entsprechendes Kraftfahrzeug bzw. ein Verfahren zur Dissipation von Energie infolge eines Seitenaufpralls eines solchen Kraftfahrzeugs unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Seite einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagen, ein Strukturelement und eine daran angebundene B-Säule auf. In einer Ausführung weist die Karosserie zwei, insbesondere wenigstens im Wesentlichen spiegelbildlich baugleiche, Seiten auf, wobei nachfolgend zur kompakteren Darstellung nur auf eine Seite eingegangen wird, die Erläuterungen jedoch analog für die andere Seite gelten.
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Das Strukturelement weist in einer Ausführung einen, insbesondere unteren bzw. fahrzeugbodenseitigen, Längs- und/oder Querträger, insbesondere einen Schweller auf, der in einer Weiterbildung mit einer A- und/oder einer C-Säule verbunden sein kann.
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Die B-Säule ist in einer Ausführung eine, insbesondere wenigstens im Wesentlichen zu einer Fahrzeughochachse parallele, Karosseriesäule, welche in einer Fahrzeuglängsrichtung gesehen zwischen zwei weiteren Karosseriesäulen, insbesondere einer A- und einer C-Säule, angeordnet ist. Weist die Karosserieseite mehr als drei Säulen auf, so kann jede der zwischen den beiden äußersten Säulen angeordneten Säulen eine B-Säule sein.
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Strukturelement und/oder B-Säule können in einer Ausführung als Hohlprofil ausgebildet sein.
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Die B-Säule weist in einer Ausführung einen Faserverbundwerkstoff, insbesondere mit Carbon-, Glas- und/oder anderen Fasern verstärkten Kunststoff, inbesondere Duroplast, auf, in einer Weiterbildung ist die B-Säule hieraus hergestellt.
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Das Strukturelement weist in einer Ausführung einen Metallwerkstoff, insbesondere Stahl und/oder einen Leichtmetallwerkstoff, insbesondere eine Aluminiumlegierung, auf, in einer Weiterbildung ist das Strukturelement hieraus hergestellt.
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Insbesondere solche B-Säulen können sehr steif sein. Insbesondere dann kann es vorteilhaft sein, Energie, die infolge eines Seitenaufpralls in das Fahrzeug eingetragen wird, nicht oder jedenfalls nicht ausschließlich durch die B-Säule, insbesondere Faserbrüche einer Faserverbundwerkstoff-B-Säule, sondern, wenigstens auch, insbesondere zum größeren Teil, auf andere Weise zu dissipieren.
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Entsprechend weist nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Kraftfahrzeugkarosserie eine Dissipationsanordnung mit einem oder mehreren Torsionsabschnitten zur Dissipation von Energie auf, die infolge eines Seitenaufpralls in das Fahrzeug, insbesondere die B-Säule, eingetragen wird, mittels plastischer Torsion, die sich infolge einer Rotation eines unteren bzw. fahrzeugbodenseitigen Endes der B-Säule ergibt.
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Die Dissipation durch plastische Torsion kann in einer Ausführung, insbesondere aufgrund mehrachsiger Schubspannungen, vorteilhaft gegenüber einer Dissipation durch einen im Wesentlichen einachsigen Spannungszustand sein, wie er sich bei einer plastischen Dehnung oder Stauchung ergibt. So kann in einer Ausführung die Torsion einfacher und/oder präziser vorgegeben und/oder geführt und so die Dissipationscharakteristik besser eingestellt werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine plastische Torsion eine günstigere Materialbeanspruchung ergeben. Zusätzlich oder alternativ kann der Deformationsweg verbessert werden.
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Insbesondere, um vorteilhaft Torsionsmomente aufzuprägen, kann in einer Ausführung die B-Säule über einen Hebel an dem Strukturelement angebunden sein, der mit dem unteren Ende der B-Säule und dem Strukturelement verbunden ist.
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In einer Ausführung kann der Hebel zwei oder mehr Schenkel und ein die Schenkel verbindendes Joch aufweisen, wobei das untere Ende der B-Säule mit dem Joch und das Strukturelement mit den Schenkeln verbunden ist. In einer Ausführung sind Schenkel beiderseits bzw. in Fahrzeuglängsrichtung vor und hinter der B-Säule angeordnet. Auf diese Weise können in einer Ausführung die B-Säule beidseitig abgestützt und so vorteilhaft Torsionsmomente aufgeprägt werden.
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Das untere Ende der B-Säule kann in einer Ausführung verschwenkbar an dem Joch befestigt sein. Das untere Ende kann insbesondere (dreh)gelenkig an dem Joch befestigt sein, insbesondere durch ein Gleitlager. Hierzu umgreift bzw. umschließt in einer Ausführung ein Auge der B-Säule das Joch, was insbesondere fertigungs- und/oder festigkeitstechnisch vorteilhaft sein kann. In einer Ausführung kann das Gleitlager stoffschlüssig fixiert sein, insbesondere durch Verschweißen, Verkleben oder dergleichen, wobei eine Zerstörung dieser Fixierung infolge eines Seitenaufpralls vorgesehen sein kann, durch die zusätzlich Energie dissipiert wird. Zusätzlich oder alternativ können in einer Ausführung ein oder mehrere, insbesondere beiderseits der B-Säule angeordnete, Schenkel des Hebels verschwenkbar an dem Strukturelement befestigt sein. Ein Schenkel kann insbesondere (dreh)gelenkig an dem Strukturelement befestigt sein, insbesondere durch ein Gleitlager. In einer Weiterbildung kann das Gleitlager stoffschlüssig fixiert sein, insbesondere durch Verschweißen, Verkleben oder dergleichen, wobei eine Zerstörung dieser Fixierung infolge eines Seitenaufpralls vorgesehen sein kann, durch die zusätzlich Energie dissipiert wird. Gleichermaßen können die Schenkel des Hebels integral mit dem Strukturelement ausgebildet, insbesondere urgeformt sein.
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Ein Torsionsabschnitt kann in verschiedenen Weisen ausgebildet sein. In einer Ausführung ist wenigstens ein Torsionsabschnitt der Dissipationsanordnung an einem Übergang zwischen dem Hebel und dem Strukturelement angeordnet, in einer Weiterbildung ist ein Torsionsabschnitt an einem Übergang zwischen einem Schenkel des Hebels und dem Strukturelement angeordnet, ein weiterer Torsionsabschnitt an einem Übergang zwischen einem weiteren Schenkel des Hebels und dem Strukturelement. Hierdurch kann in einer Ausführung eine lokale plastische Torsion an dem Übergang bzw. den Übergängen aufgeprägt werden und so in einer Weiterbildung der Hebel gegenüber dem Strukturelement rotieren.
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Zusätzlich oder alternativ können in einer Ausführung ein oder mehrere, insbesondere beiderseits der B-Säule angeordnete, Torsionsabschnitte der Dissipationsanordnung von der B-Säule in Fahrzeuglängsrichtung jeweils um wenigstens 25%, insbesondere wenigstens 30% einer Länge des Strukturelements beabstandet sein. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere, insbesondere beiderseits der B-Säule angeordnete, Torsionsabschnitte der Dissipationsanordnung von der B-Säule in Fahrzeuglängsrichtung jeweils um wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 75% eines Abstandes zwischen der B-Säule und einer benachbarten Karosseriesäule, insbesondere einer A- oder C-Säule, beabstandet sein. Hierdurch kann in einer Ausführung eine lokale plastische Torsion in der Nähe der A- und/oder C-Säule aufgeprägt und so in einer Weiterbildung das Strukturelement teilweise mit rotieren.
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Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung eine Biegesteifigkeit des Hebels, insbesondere der Schenkel, wenigstens oder höchstens 50%, insbesondere wenigstens 75% oder höchstens 25%, einer Biegesteifigkeit der B-Säule betragen. Mit anderen Worten kann der Hebel, insbesondere seine Schenkel, relativ biegesteif oder relativ biegeweich ausgebildet sein. Ein relativ biegesteifer Hebel, dessen Biegesteifigkeit wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 75% der Biegesteifigkeit der B-Säule beträgt, kann in einer Ausführung vorteilhaft als Ganzes bzw. im Wesentlichen als Starrkörper rotieren und so insbesondere das untere Ende der B-Säule vorteilhaft führen. Ein relativ biegeweicher Hebel, dessen Biegesteifigkeit höchstens 50%, insbesondere höchstens 25% der Biegesteifigkeit der B-Säule beträgt, kann in einer Ausführung vorteilhaft deformiert werden, insbesondere zwischen Joch und Schenkel(n) plastisch tordieren, und so insbesondere Energie dissipieren.
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Insbesondere zur Darstellung einer vorteilhaften Deformationscharakteristik und/oder einer vorteilhaften Anbindung der B-Säule an das Strukturelement sind in einer Ausführung ein oder mehrere, insbesondere beiderseits der B-Säule angeordnete, Schenkel in Fahrzeuglängsrichtung, insbesondere gegensinnig, geneigt.
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Ein Torsionsabschnitt der Dissipationsanordnung kann in einer Ausführung insbesondere durch eine lokal reduzierte Torsionssteifigkeit ausgebildet sein. Hierzu kann der Torsionsabschnitt insbesondere einen lokal reduzierten Schubmodul und/oder ein lokal reduziertes (polares) Flächenträgheitsmoment, insbesondere eine lokal reduzierte Wandstärke aufweisen bzw. hierdurch ausgebildet bzw. definiert sein. Ein, insbesondere durch eine lokal reduzierte Torsionssteifigkeit ausgebildeter, Torsionsabschnitt kann in einer Ausführung integral mit dem Strukturelement oder dem Hebel ausgebildet sein, insbesondere, wie vorstehend erläutert, durch eine lokale Wandstärkenreduzierung. Gleichermaßen kann ein, insbesondere durch eine lokal reduzierte Torsionssteifigkeit ausgebildeter, Torsionsabschnitt in einer Ausführung durch ein separates Bauteil ausgebildet sein, welches mit dem Strukturelement und/oder dem Hebel, insbesondere an einem Übergang zwischen Strukturelement und Hebel oder zwischen zwei torsionssteiferen Abschnitten des Strukturelements, drehfest verbunden sein kann, insbesondere form-, kraft- oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Verrasten, Klemmen, Schweißen, Kleben oder dergleichen.
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In einer Ausführung ist die B-Säule um ein Dachstrukturelement, insbesondere einen Dachlängsträger, verschwenkbar befestigt. Hierdurch kann in einer Ausführung eine wohldefinierte Schwenkkinematik des unteren Endes der B-Säule dargestellt und so die plastische Torsion infolge einer Rotation dieses unteren Endes und die dadurch bewirkte Energiedissipation vorteilhaft ausgebildet werden. Die B-Säule kann insbesondere (dreh)gelenkig an dem Dachstrukturelement befestigt sein, insbesondere durch ein Gleitlager. Gleichermaßen kann sie auch fest, insbesondere stoffschlüssig, an dem Dachstrukturelement befestigt und durch lokale Deformation, insbesondere Biegung der B-Säule und/oder Torsion des Dachstrukturelements, verschwenkbar sein.
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird Energie, die infolge eines Seitenaufpralls eines Kraftfahrzeugs in dieses, insbesondere seine B-Säule, eingetragen wird, wenigstens teilweise durch bzw. unter plastischer Torsion einer Dissipationsanordnung dissipiert, die infolge einer Rotation des unteren Endes der B-Säule auftritt.
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Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
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1 einen Teil einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht; und
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2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1.
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1, 2 zeigen in einer Seitenansicht bzw. einem Schnitt einen Teil einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Die Karosserie weist ein Strukturelement in Form eines Schwellers 2 auf, der mit einer A-Säule 3 und einer C-Säule 4 verbunden ist. An den Schweller 2 ist eine B-Säule 1 angebunden.
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B-Säule 1 und Strukturelement 2 sind als Hohlprofil ausgebildet, wobei die B-Säule 1 aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere CFK hergestellt ist, der Schweller 2 aus Metall.
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Die B-Säule 1 ist über einen Hebel 10 an dem Strukturelement 2 angebunden, der mit einem unteren Ende der B-Säule und dem Strukturelement verbunden ist. Der Hebel 10 weist zwei Schenkel 12, 13 und ein die Schenkel 12, 13 verbindendes Joch 11 auf, wobei das untere Ende der B-Säule 1 mit dem Joch 11 und der Schweller 2 mit den Schenkeln 12, 13 verbunden ist, die beiderseits bzw. in Fahrzeuglängsrichtung (horizontal in 1) vor und hinter der B-Säule 1 angeordnet und in Fahrzeuglängsrichtung gegensinnig geneigt sind.
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Das untere Ende der B-Säule 1 ist durch ein Gleitlager drehgelenkig an dem Joch 11 befestigt. Hierzu umgreift bzw. umschließt ein Auge der CFK-B-Säule 1 das Joch 11. Die Schenkel 12, 13 des Hebels 10 sind integral mit dem Schweller 2 ausgebildet, insbesondere urgeformt.
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Insbesondere zur Dissipation von Energie, die infolge eines Seitenaufpralls in die B-Säule 1 des Fahrzeugs eingetragen wird, weist die Kraftfahrzeugkarosserie eine Dissipationsanordnung mit einem oder mehreren Torsionsabschnitten auf, die infolge einer Rotation des unteren Endes der B-Säule plastisch tordieren bzw. tordiert werden.
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Zur kompakteren Darstellung sind in 1 mehrere unterschiedliche Torsionsabschnitte gemeinsam dargestellt, wobei in einer Abwandlung ein oder mehrere dieser Torsionsabschnitte entfallen können und/oder die Dissipationsanordnung ein oder mehrere zusätzliche, nicht dargestellte Torsionsabschnitte aufweisen kann.
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Die Dissipationsanordnung der dargestellten Ausführung weist zwei beiderseits der B-Säule 1 angeordnete Torsionsabschnitte 2.2 an den Übergangen zwischen den Schenkeln 12, 13 des Hebels 10 und dem Schweller 2 auf.
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Die Dissipationsanordnung der dargestellten Ausführung weist zusätzlich zwei beiderseits der B-Säule 1 angeordnete Torsionsabschnitte 2.1 in der Nähe der A- bzw. C-Säule 3, 4 auf, die mithin jeweils in Fahrzeuglängsrichtung um wenigstens 30% einer Länge des Schwellers und wenigstens 75% eines Abstandes zwischen der B-Säule 1 und der benachbarten A- bzw. C-Säule 3, 4 von der B-Säule 1 beabstandet sind.
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Die Torsionsabschnitte 2.1, 2.2 sind durch eine lokal reduzierte Torsionssteifigkeit infolge einer lokal reduzierten Wandstärke ausgebildet. Sie können integral mit dem Schweller 2 oder als separate Bauteile ausgebildet sein, welche mit dem Schweller 2 drehfest verbunden sind.
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Insbesondere bei solchen Torsionsabschnitten 2.1, 2.2 können die Schenkel 12, 13 relativ biegesteif ausgebildet sein, so dass der Hebel 10 als Ganzes bzw. im Wesentlichen als Starrkörper rotiert. Gleichermaßen können die Schenkel 12, 13 relativ biegeweich ausgebildet sein, so dass der Hebel 10 zwischen Joch 11 und Schenkeln 12, 13 plastisch tordiert bzw. tordiert wird.
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An ihrem oberen, in den Figuren nicht dargestellten Ende ist die B-Säule 1 um ein Dachstrukturelement in Form eines Dachlängsträger verschwenkbar befestigt.
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Wird Energie infolge eines Seitenaufpralls des Kraftfahrzeugs in die B-Säule 1 eingetragen, so verschwenkt diese, insbesondere ihr unteres Ende, um den Dachlängsträger, wie in 2 durch einen Bewegungspfeil im Uhrzeigersinn angedeutet. Hierdurch wird auch der Hebel 10 rotiert, wie in 2 durch einen Bewegungspfeil im Gegenuhrzeigersinn angedeutet. Durch diese Rotation wird dem Schweller 2 ein Torsionsmoment aufgeprägt, das zu einer plastischen Torsion der Torsionsabschnitte 2.1, 2.2 und/oder des Hebels 10 führt. Hierdurch wird die Energie, wenigstens teilweise, dissipiert.
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Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste
| 1 | B-Säule |
| 2 | Schweller (Strukturelement) |
| 2.1, 2.2 | Torsionsabschnitt |
| 3 | A-Säule |
| 4 | C-Säule |
| 10 | Hebel |
| 11 | Joch |
| 12, 13 | Schenkel |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010001231 A1 [0002]
