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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugkarosserie nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Die B-Säule der Fahrzeugkarosserie erstreckt sich im Wesentlichen in vertikaler Richtung zwischen dem Dach-Längsträger und dem Bodenschweller des Kraftfahrzeuges. Die B-Säule ist in gängiger Praxis ein Hohlträger, in dem zur Erhöhung einer Seitenaufprallfestigkeit im Seitenkollisionsfall ein zusätzliches Verstärkungselement integriert ist. Das Verstärkungselement wirkt einer unfallbedingten Deformation der B-Säule in den Fahrzeuginnenraum hinein entgegen.
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Aus der
US 2011/0095567 A1 ist eine gattungsgemäße Fahrzeugkarosserie bekannt. Diese weist einen Bodenschweller auf, dessen in der Fahrzeugquerrichtung betrachtet innere und äußere Profilteile an oberen und unteren Flanschverbindungen zusammengefügt sind. An den Bodenschweller ist ein Säulenfuß eines Karosseriesäulenelementes (das heißt das oben genannte Verstärkungselement) angebunden. Der Säulenfuß wird im Seitenkollisionsfall gegen den Bodenschweller abgestützt. In einem solchen Seitenkollisionsfall wird speziell die obere Flanschverbindung des Bodenschwellers derart stark belastet, dass die Gefahr eines Materialbruches besteht, der ungünstig für das Deformationsverhalten der Fahrzeugkarosserie ist.
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Aus der
DE 10 2005 044 820 A1 ist eine weitere Fahrzeugkarosserie mit einem Bodenschweller bekannt, auf dem ebenfalls ein Karosseriesäulenelement abgestützt ist. Der Bodenschweller weist zusätzlich ein Wellenblech auf, mit dem der Bodenschweller in der Fahrzeugquerrichtung ausgesteift wird. Dadurch wird gewährleistet, dass im Seitenkollisionsfall die Quersteifigkeit des Bodenschwellers erhöht ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Fahrzeugkarosserie bereitzustellen, bei der in einfacher Weise im Seitenkollisionsfall ein für den Fahrzeuginsassen günstiges Deformationsverhalten bereitgestellt ist.
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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 beruht auf dem Sachverhalt, dass sich bislang im Seitenkollisionsfall das Karosseriesäulenelement im Wesentlichen alleine auf die obere Flanschverbindung des Bodenschwellers abstützt, wodurch nur ein einziger Lastpfad zur Einleitung der Seitenkollisionskräfte in den Bodenschweller vorhanden ist. Aufgrund der entsprechend großen Krafteinleitung besteht hierbei die Gefahr, dass die obere Flanschverbindung des Bodenschwellers reißt, wodurch sich ein nachteiliges Deformationsverhalten der Fahrzeugkarosserie ergibt.
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Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem Patentanspruch 1 der Säulenfuß zusätzlich mit einem weiteren Stützprofil versehen, das im Seitenkollisionsfall gegen eine Schwelleraußenwand zwischen den beiden Schweller-Flanschverbindungen abgestützt ist. Im Hohlraum des Bodenschwellers ist zusätzlich ein Kraftübertragungselement vorgesehen, das in der Fahrzeugquerrichtung nach innen in Flucht hinter dem zusätzlichen zweiten Stützprofil des Säulenfußes angeordnet ist. Im Seitenkollisionsfall ist daher ein zusätzlicher Lastpfad bereitgestellt, über den die Kollisionskräfte ausgehend vom zweiten Stützprofil über das Kraftübertragungselement bis zur Schwellerinnenwand geleitet werden.
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Das Karosseriesäulenelement (das heißt das Verstärkungselement) ist mit einer solchen Materialstärke ausgelegt, das im Seitenkollisionsfall ein Auseinanderreißen des Karosseriesäulenelementes verhindert ist. Bei einer Reduzierung der Materialstärke des Karosseriesäulenelements muss daher auch die auf das Karosseriesäulenelement einwirkende Kollisionslast reduziert werden. Dies kann bevorzugt durch ein entsprechend weiches (das heißt nachgiebiges Auflager des Säulenfußes am Bodenschweller erreicht werden. Im Seitenkollisionsfall ist daher der Bodenschweller nicht starr, sondern unterliegt dieser vielmehr einer Torsionsbewegung um eine Schwellerlängsachse, bei der sich der darauf abgestützte Säulenfuß des Karosseriesäulenelementes in der Fahrzeugquerrichtung nach innen verlagert. Damit die oben erwähnte Torsionsbewegung des Bodenschwellers nicht beeinträchtigt wird, ist es von Vorteil, wenn das Kraftübertragungselement den Hohlraum-Querschnitt des Bodenschwellers nicht vollständig ausfüllt, sondern vielmehr nur teilweise. Dadurch wird die Torsionssteifigkeit des Bodenschwellers gering gehalten. Besonders bevorzugt überdeckt daher das zweite Stützprofil des Säulenfußes das Kraftübertragungselement in der Fahrzeugquerrichtung, und zwar so, dass kein Überstand des Kraftübertragungselementes in der Fahrzeughochrichtung vorhanden ist. Dabei kann bevorzugt der vom Kraftübertragungselement bereitgestellte Lastpfad in der Fahrzeughochrichtung betrachtet oberhalb der Schwellerlängsachse angeordnet sein, während unterhalb dieser Achse der Schweller-Hohlraum frei bleibt.
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Für eine einwandfreie Funktionsfähigkeit ist das Kraftübertragungselement mit einer äußerst hohen Quersteifigkeit auszuführen. Vor diesem Hintergrund kann das Kraftübertragungselement bevorzugt ein Wellenschott sein, dessen Wellenscheitel- und Wellenfußlinien in der Fahrzeugquerrichtung verlaufen. Das Wellenschott kann montagetechnisch günstig, etwa durch Befestigungslaschen, ausschließlich am äußeren Profilteil des Bodenschwellers befestigt sein, etwa durch Verschweißung. Demgegenüber kann das Wellenschott in loser Anlage mit dem inneren Profilteil des Bodenschwellers sein oder geringfügig davon beabstandet sein. Bei einer solchen Konstellation ist der gängige Zusammenbau-Vorgang der Fahrzeugkarosserie durch das zusätzlich am äußeren Schweller-Profilteil vorgesehene Kraftübertragungselement nicht beeinträchtigt.
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Das Wellenschott dient zur zusätzlichen Lastübertragung zwischen dem Säulenfuß und dem inneren Profilteil des Bodenschwellers. Im Gegensatz zu üblichen Schotts ist es daher nicht als ein Deformationselement zu sehen. In optimaler Weise wird das Wellenschott im Seitenkollisionsfall überhaupt nicht deformiert, so dass es ein Maximum an Kollisionskräften überträgt.
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Im Gegensatz zu üblichen Wellenschotts liegt das erfindungsgemäße Wellenschott um 90° verdreht im Bodenschweller. Das heißt es erfolgt eine kontinuierliche „linienförmige“ Kraftübertragung auf das innere Profilteil des Bodenschwellers. Durch die Ausprägung der Geometrie in Form von Wellen stabilisiert sich das Wellenschott von selbst. Die Kräfte bis zum Punkt der Instabilität sind dadurch sehr hoch. Damit ist das erfindungsgemäße Wellenschott in der Lage, hohe Kräfte ohne merkliche Deformation zu übertragen.
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Für eine bauteilsteife Anbindung kann der Säulenfuß des Karosseriesäulenelementes ein Winkelprofil aufweisen, und zwar mit einem, auf der Oberseite des Bodenschwellers aufsetzbaren Auflageschenkel und einem, auf der Schwelleraußenwand aufsetzbaren Außenschenkel. Der Außenschenkel des Säulenfußes kann im Seitenkollisionsfall als das oben erwähnte zweite Stützprofil wirken.
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Das Winkelprofil des Säulenfußes kann in der Fahrzeughochrichtung nach oben in ein U-Profil übergehen, und zwar mit einer in der Fahrzeugquerrichtung äußeren Bodenwand sowie mit daran anschließenden, in der Fahrzeugquerrichtung nach innen ragenden Seitenflanken. Diese können an ihren freien Randkanten mit Randflanschen abgewinkelt sein, die in der Zusammenbaulage gegen die obere Flanschverbindung des Bodenschwellers abgestützt sind. Entsprechend dienen hier die Randflansche des Säulenfußes als erstes Stützprofil im Sinne der Erfindung.
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Erfindungsgemäß wird somit im Seitenkollisionsfall die Belastung der oberen Flanschverbindung des Bodenschwellers reduziert, und zwar aufgrund des zusätzlichen Lastpfades, der im Seitenkollisionsfall den Hohlraum des Bodenschwellers zwischen der Schwelleraußenwand und der Schwellerinnenwand überbrückt.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile sind nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer Seitenansicht einen Teilschnitt eines Fahrzeuges;
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2 in einer Detailansicht den Übergang einer B-Säule in den Bodenschweller der Fahrzeugkarosserie;
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3 eine Prinzipskizze, mit der der Deformationsverlauf beim Seitencrash veranschaulicht ist; und
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4 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene I-I aus der 2;
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5 in einer Ansicht entsprechend der 4 im Seitenkollisionsfall; und
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6 ein als Wellenschott realisiertes Kraftübertragungselement.
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In der 1 ist ein Kraftfahrzeug gezeigt, dessen Rohbaukarosserie an einer Seitenwandbaugruppe einen unteren Fahrzeuglängsträger auf, der im Bereich der Fahrgastzelle in einen seitlichen Bodenschweller 1 übergeht. Die B-Säule 3 der dargestellten Baugruppe ist in der Fahrtrichtung 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 (nur in der 2 gestrichelt angedeutet) ausgeführt, in dem ein in der 2 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 angebunden Säulenfuß 15 sowie einen sich dazwischen in der Vertikalrichtung z erstreckenden mittleren Säulenabschnitt 17 auf.
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In der 2 ist in einer Detailansicht der Übergang vom Säulenabschnitt 17 in den Säulenfuß 15 des Verstärkungsblechteiles 11 sowie die Anbindung des Säulenfußes 15 am Bodenschweller 1 dargestellt. Gemäß der 2 ist der Hohlträger 9 der B-Säule 3 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 gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Randflansches 27 des Verstärkungsblechteiles 11 miteinander verschweißt (in der 2 nicht näher dargestellt).
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Gemäß der 2 ist das Verstärkungsblechteil 11 im mittleren Säulenabschnitt 17 in etwa U-profilförmig ausgebildet, und zwar mit einer in der Fahrzeugquerrichtung y äußeren Bodenwand 29 sowie mit Seitenflanken 33, die in der Fahrzeugquerrichtung y an Übergangskanten 31 nach innen abragen. Die beiden Seitenflanken 33 sind an freien Randkanten 35 mit den bereits erwähnten Randflanschen 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 Säulenfuß 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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Wie aus der 4 weiter hervorgeht, ist der Bodenschweller 1 ein Hohlträger, der aus einem in der Fahrzeugquerrichtung y betrachtet inneren Profilteil 49 und einem äußeren Profilteil 51 aufgebaut ist. Die beiden Profilteile 49, 51 sind jeweils einander zugewandte U-Profilteile, die an oberen und unteren Flanschverbindungen 53, 55 zusammengefügt sind.
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Zusätzlich ist innerhalb des Hohlraumes 57 des Bodenschwellers 1 ein Wellenschott 59 angeordnet, der im später beschriebenen Seitenkollisionsfall als ein Kraftübertragungselement wirkt. Der Wellenschott 59 ist in der Fahrzeugquerrichtung y betrachtet nach innen in Flucht hinter dem Außenschenkel 43 des Säulenfußes 15 positioniert, und zwar so, dass der Außenschenkel 43 in der Fahrzeugquerrichtung y betrachtet den Wellenschott 59 vollständig überdeckt, das heißt ohne einen Überstand des Wellenschotts 59 in der Fahrzeughochrichtung z nach unten.
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Anhand der 3 ist das Deformationsverhalten der erfindungsgemäßen B-Säule 3 im Seitencrashfall veranschaulicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 3 lediglich das Verstärkungsblechteil 11 der B-Säule 3 angedeutet, während deren 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 ∆y initiiert. Auf diese Weise wird der Seitenabschnitt 17 im unteren Bereich um den Deformationsweg ∆y 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 angeordneten Säulenfuß 15 beschränkt.
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Bei dem auch in der 5 dargestellten Seitenkollisionsfall wirken die oben erwähnten Randflansche 27 des Verstärkungselementes 11 als ein erstes Stützprofil des Säulenfußes 15, das sich zur Bildung eines ersten Lastpfades L1 (5) gegen die obere Flanschverbindung 53 des Bodenschwellers 1 abstützt. Der Außenschenkel 43 des Säulenfußes 15 wirkt in diesem Zusammenhang als ein zusätzliches zweites Stützprofil des Säulenfußes 15. Über den Außenschenkel 43 wird nämlich im Seitenkollisionsfall ein Teil der Kollisionskräfte in den Wellenschott 59 eingeleitet, der einen parallelen zusätzlichen Lastpfad L2 bereitstellt. Im zweiten Lastpfad L2 ist zusätzlich auch die Schwelleraußenwand 45 und die Schwellerinnenwand 61 eingebunden, in die die Kollisionskräfte eingeleitet werden. Auf diese Weise wird die Belastung und damit die Gefahr eines Materialbruches in der oberen Flanschverbindung 53 reduziert.
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Wie bereits erwähnt, ist der Wellenschott 59 in etwa in der oberen Hälfte des Bodenschweller-Hohlraumes 57 positioniert. Dadurch ist erreicht, dass der Lastpfad L2 in der Fahrzeughochrichtung z betrachtet oberhalb einer Schwellerlängsachse S liegt. Die Kollisionskräfte werden über das erste Stützprofil (das heißt die Randflansche 27) und das zweite Stützprofil (das heißt der Außenschenkel 43) so eingeleitet, dass eine Torsionsbewegung T (5) des Bodenschwellers 1 um eine Schwellerlängsachse S erfolgt, und zwar unter gleichzeitiger Verlagerung des Säulenfußes 15 um einen Querversatz in der Fahrzeugquerrichtung y nach innen.
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In der 6 ist der Wellenschott 59 in einer perspektivischen Ansicht in Alleinstellung gezeigt. Demzufolge weist der Wellenschott 59 an seiner, dem Außenprofilteil 51 zugewandten Seite Befestigungslaschen 63 auf, die mit dem Außenprofilteil 51 punktverschweißt werden. Im Unterschied dazu ist das dem Innenprofilteil 49 zugewandte Ende des Wellenschotts 59 über einen Montagespalt m (4) geringfügig vom Innenprofilteil 49 beabstandet. Um eine ausreichend große Quersteifigkeit des Wellenschotts 59 zu gewährleisten, verlaufen die in der 5 durch strichpunktierte Linien angedeuteten Wellenscheitel- und Wellenfußlinien in paralleler Ausrichtung entlang der Fahrzeugquerrichtung y.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0095567 A1 [0003]
- DE 102005044820 A1 [0004]
