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Die Erfindung betrifft eine Karosserie-Seitenstruktur für ein zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Seitentür für eine solche Karosserie-Seitenstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 13.
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Bei einem Frontalcrash mit nur geringer seitlicher Überlappung (small overlap) erfolgt eine stark erhöhte Krafteinleitung der Kollisionskräfte seitlich außerhalb der Karosserie-Längsträger, und zwar unter Bildung eines seitlichen Lastpfades, bei dem die crashzugewandte Fahrzeugrad-Felge gegen die A-Säule gedrückt wird und die Kollisionskräfte weiter in die Karosserie-Seitenstruktur, das heißt in über die Fronttür in die B-Säule, überträgt.
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In einem gattungsgemäßen Fahrzeug ist die Fahrzeug-Fronttür zwischen der A-Säule und der B-Säule positioniert und ist in dessen Türinnenraum ein Türbrüstungsrohr als ein Längsträger angeordnet, der in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet stirnseitig an einer vorderen Anbindungsstelle und einer hinteren Anbindungsstelle an der Seitentür angebunden ist. Beim oben skizzierten Frontalcrash mit geringer seitlicher Überlappung bildet die crashzugewandte A-Säule, das in der Fahrzeuglängsrichtung dahinterliegende Türbrüstungsrohr sowie die folgende B-Säule einen seitlichen Lastpfad, mit dem die Kollisionskräfte in Richtung auf das Fahrzeugheck übertragen werden. Die Fronttür wird nicht daran gehindert, in den Innenraum einzudringen, sondern die A-Säule „stützt“ sich über das Türbrüstungsrohr an der B-Säule ab, so dass der Raum zwischen A- und B-Säule sich nicht verkürzt (dies ist für den Fahrer der Raum zwischen Lenkrad und Sitzlehne, also der Überlebensraum des Fahrers).
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Beispielhaft ist aus der
DE 103 57 311 A1 eine Fahrzeugtür bekannt, in deren Türinnenraum ein solches Türbrüstungsrohr positioniert ist. Das Türbrüstungsrohr ist durch Schweißpunkte am Türblech befestigt und mit seinen stirnseitigen Enden von der Tür-Stirnseite beabstandet sowie mit einer Verkrallungsstruktur versehen, mit der im Crashfall ein seitliches Abgleiten des Türbrüstungsrohres in der Fahrzeugquerrichtung verhindert ist.
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Wie oben erwähnt, ist das Türbrüstungsrohr ein Längsträger, der Bestandteil eines seitlichen Lastpfads ist, mit dem Kollisionskräfte nach hinten übertragen werden. Das Türbrüstungsrohr ist im Crashfall bis zum Erreichen einer kritischen Knicklast, bei der das Türbrüstungsrohr in der Fahrzeugquerrichtung seitlich ausknickt, mit Kollisionskräften beaufschlagbar. In gängiger Praxis wird das Türbrüstungsrohr aus einem hoch- und höchstfesten Stahl mit entsprechend hohem Bauteilgewicht hergestellt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosserie-Seitenstruktur für ein zweispuriges Fahrzeug bereitzustellen, das gerade mit einem reduzierten Bauteilgewicht einen im Kollisionsfall einwandfrei wirkenden Lastpfad bereitstellt.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 13 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass im obigen Stand der Technik der Längsträger (das heißt das Türbrüstungsrohr) im Crashfall nach dem sogenannten zweiten eulerschen Knickfall belastet wird, bei dem mit Erreichen der kritischen Knicklast das Türbrüstungsrohr in der Längsmitte seitlich ausknickt. Vor diesem Hintergrund weist gemäß dem kennzeichnenden Teil Patentanspruches 1 die hintere Längsträger-Anbindungsstelle zusätzlich eine Momentenstütze auf, die ein hinteres Längsträger-Ende gegen ein solches Ausknicken abstützt. Auf diese Weise wird der Längsträger (das heißt das Türbrüstungsrohr) nicht mehr nach dem zweiten eulerschen Knickfall, sondern nach dem dritten eulerschen Knickfall belastet. Dadurch verschiebt sich der Knickpunkt deutlich aus der Längsmitte. Die kritische Knicklast wird dadurch erheblich erhöht, wodurch eine im Vergleich zum Stand der Technik gewichtsoptimierte Auslegung des türseitigen Längsträgers als hochsteifes Trägerelement ermöglicht ist.
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In einer technischen Umsetzung kann die Momentenstütze in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet das hintere Längsträger-Ende um einen vorgegebenen Längenversatz überlappen, um eine geeignete Abstützbasis gegen das Ausknicken bereitzustellen. Die Momentenstütze kann bevorzugt eine Basisplatte aufweisen, die türinnenseitig an einer Tür-Stirnseite angebunden ist, die eine Tür-Innenseite in der Fahrzeugquerrichtung mit der Tür-Außenseite verbindet. Zur Steigerung der kritischen Knicklast kann der türseitige Längsträger nicht aus einem Vollmaterial hergestellt sein, sondern ein Hohlträger mit umfangsseitig geschlossenem Hohlprofil sein. In diesem Fall kann die Momentenstütze ein der Seitentür befestigtes zapfenförmiges Stützelement sein, das in das Hohlprofil des Längsträgers einragt. Das zapfenförmige Stützelement kann unmittelbar an der Seitentür befestigt sein. Im Hinblick auf eine ausreichend gute Abstützbasis ist es bevorzugt, wenn das Stützelement an der oben erwähnten Abstützbasis angeformt ist, die großflächig an der Tür-Stirnseite aufliegt.
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Alternativ und/oder zusätzlich zu dem oben erwähnten zapfenförmigen Stützelement kann die Momentenstütze ein hülsenförmiges Momentenstützelement (zum Beispiel eine Schelle) aufweisen, das das Längsträger-Ende radial außen umgreift. Das hülsenförmige Momentenstützelement kann dabei an seinem Innenumfang konturangepasst mit der Außenkontur des türseitigen Längsträgers ausgebildet sein. In gleicher Weise kann der Außenumfang des zapfenförmigen Stützelementes konturangepasst an den Innenumfang des rohrförmiges Längsträgers ausgeführt sein, um eine einwandfreie Momentenübertragung im Crashfall zu gewährleisten.
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In gängiger Praxis weist die Seitentür ein Türschloss auf, das zum Beispiel an einer fahrzeuginneren Türblechschale festgelegt ist. Das Türschloss kann von der Außenseite mittels eines Türgriffes betätigt werden. Die Komponenten des Türschlosses können zumindest teilweise an einem Schlossverstärkungs-Profilteil integriert sein, das im Türinnenraum angeordnet ist und an der in der Fahrzeuglängsrichtung hinteren Tür-Stirnseite montiert ist. Das Schlossverstärkungs-Profilteil kann beispielhaft ein Blechteil mit entsprechend großer Blechdicke sein, in dem zusätzlich auch die oben erwähnte Momentenstütze integrierbar ist, was im Hinblick auf eine Bauteilreduzierung vorteilhaft ist.
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Zudem ist es im Hinblick auf eine einwandfreie Krafteinleitung in den türseitigen Längsträger von Vorteil, wenn in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet die vordere Tür-Stirnseite und die vordere Fahrzeugsäule einander zugewandte Prallkonturen aufweisen. Diese sind im Normalbetrieb voneinander beabstandet, um eine Öffnungs- und Schließbewegung der Tür nicht zu beeinträchtigen. Im Crashfall sind die beiden Prallkonturen der vorderen Tür-Stirnseite und der vorderen Fahrzeugsäule jedoch in eine Anlageverbindung gedrückt, um den oben erwähnten seitlichen Lastpfad bereitzustellen.
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Speziell bei einem Frontalcrash mit nur geringer seitlicher Überlappung besteht die Gefahr, dass sich die A-Säule im Crashfall um ihre Hochachse verdreht. Durch die Verdrehung der A-Säule kann gegebenenfalls der türseitige Längsträger mit einem zusätzlichen Quermoment beaufschlagt werden, dass im ungünstigen Fall ein Ausknicken des Längsträgers in der Fahrzeugquerrichtung begünstigt. Vor diesem Hintergrund ist es von Vorteil, wenn im Crashfall eine weitgehende momentenfreie Lasteinleitung von der A-Säule in den hochsteifen Tür-Längsträger gewährleistet ist. Dies kann bevorzugt dadurch bewerkstelligt sein, dass die einander gegenüberliegenden Prallkonturen der A-Säule und der vorderen Tür-Stirnseite als Gelenkpartner ausgebildet sind, die im Crashfall eine leichtgängige Schwenkbewegung der A-Säule um ihre Fahrzeughochachse zu ermöglichen, und zwar ohne dass das der A-Säule zugewandte Längsträger-Ende in der Fahrzeugquerrichtung mitgenommen wird, das heißt mit einem Quermoment beaufschlagt wird. In einer technischen Ausführung kann von den beiden Gelenkpartner ein Gelenkpartner ein Rundprofil, bevorzugt ein Kugel- oder Halbzylinder-Profil, und der andere Gelenkpartner als Gelenkpfanne ein dazu konturangepasstes, schalenförmiges Hohlprofil aufweisen. In diesem Fall wirken die Prallkonturen der A-Säule und der vordere Tür-Stirnseite nach Art eines Kniegelenks, das um die Fahrzeughochachse schwenkbar ist, wodurch eine Krafteinleitung in der Fahrzeuglängsrichtung ermöglicht ist, und zwar unabhängig davon, ob/wie sich die A-Säule unfallbedingt dreht.
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Zur weiteren Steigerung der Kraftübertragung in Richtung auf das Fahrzeugheck ist es von Vorteil, wenn das hintere Längsträger-Ende in einer Stoßverbindung mit der crashabgewandten hinteren Basisplatte der Momentenstütze ist. In gleicher Weise kann das vordere Längsträger-Ende in Stoßverbindung mit einer weiteren, crashzugewandten vorderen Basisplatte sein. Diese kann bevorzugt an der vorderen Tür-Stirnseite, zum Beispiel durch Schweißung, befestigt sein. Der oben erwähnte türseitige Gelenkpartner kann dabei bevorzugt unmittelbar an der Basisplatte ausgebildet sein (zum Beispiel ein Kugel- oder Halbzylinder-Profil). Die crashzugewandte Basisplatte kann außerdem für eine weitere Verbesserung der Krafteinleitung einen zapfenförmigen Fortsatz (das heißt ein Stützelement) aufweisen, der in das vordere Längsträger-Ende einragt.
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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 ober 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 werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer Seitenansicht ein zweispuriges Kraftfahrzeug mit einem gestrichelt angedeuteten Türbrüstungsrohr;
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2 in einer schematischen Schnittdarstellung eine Teilschnittansicht entlang der Schnittebene A-A aus der 1, wobei die Beifahrertür dargestellt ist;
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3 ein Ersatzbild, das die Wirkungsweise des in der 1 angedeuteten Türbrüstungsrohres im Crashfall veranschaulicht;
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4 und 5 ein zweites Ausführungsbeispiel in einer Ansicht entsprechend der 2 und der 3; sowie
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6 ein Ersatzbild entsprechend der 3 gemäß dem Stand der Technik.
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In der 1 ist ein zweispuriges Fahrzeug in einer Seitenansicht gezeigt, dessen Karosserie-Seitenstruktur eine vordere A-Säule 1, eine mittlere B-Säule 3 sowie eine hintere C-Säule 5 aufweist, zwischen denen eine Fronttür 7 sowie eine Fondtür 9 angeordnet sind. Die Türeinstiegsbereiche der Front- und Fondtüren 7, 9 sind bodenseitig durch einen Türschweller 11 begrenzt, der sich nach vorne bis zu einem unteren Knotenpunkt der A-Säule 1 erstreckt. Vom oberen Knotenpunkt der A-Säule 1 ragt ein gestrichelt angedeuteter Karosserielängsträger 13 in Richtung auf das Frontende des Fahrzeugs.
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Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist im Türinnenraum 15 der Fronttür 7 ein Türbrüstungsrohr 17 als ein Tür-Längsträger angeordnet. Der Türinnenraum 15 ist in der 2 durch ein schalenförmiges Türinnen-Blechteil 19 begrenzt, das eine Tür-Innenseite 21 definiert, die in eine hintere Tür-Stirnseite 23 sowie in eine vordere Tür-Stirnseite 25 übergeht. Das Türinnen-Blechteil 19 und durch ein fahrzeugäußeres Türaußen-Blechteil 27 überdeckt. Das Türbrüstungsrohr 17 erstreckt sich in etwa in horizontaler Ausrichtung und ist jeweils an einer hinteren Anbindungsstelle A1 und an einer vorderen Anbindungsstelle A2 an der vorderen und hinteren Tür-Stirnseite 23, 25 befestigt. Im weiteren Verlauf entlang der Fahrzeuglängsrichtung x nach hinten schließt sich an die Fronttür 7 mit einem Spaltabstand die B-Säule 3 mit einem darin positionierten Säulen-Verstärkungselement 29 an.
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Gemäß der 2 ist die hintere Anbindungsstelle A1 für das Türbrüstungsrohr 17 durch eine Basisplatte 31 realisiert, die innenseitig an der hinteren Tür-Stirnseite 23 zum Beispiel durch Schweißung befestigt ist. An der Basisplatte 31 ist ein zapfenförmiger sowie hülsenförmiger Fortsatz 33 angeformt. Dieser ragt als eine Momentenstütze in den Hohlraum 35 im hinteren Ende 37 des Türbrüstungsrohres 17 und überlappt sich mit dem hinteren Türbrüstungsrohr-Ende 37 mit einem Längenversatz Δx1 (2). Zudem ist das hintere Türbrüstungsrohr-Ende 37 in Stoßverbindung mit der hinteren Basisplatte 31, das heißt kräftemäßig darauf abgestützt. Außenseitig an der hinteren Tür-Stirnseite 23 ist eine keilförmige Prallkontur 39 angeformt, die im Crashfall mit einer korrespondierenden Prallkontur 41 im Säulen-Verstärkungselement 29 der B-Säule 3 zusammenwirkt. Die beiden Prallkonturen 39, 41 sind so aufeinander abgestimmt, dass im Crashfall ein Abgleiten der Fronttür 7 nach fahrzeugaußen verhindert ist.
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Die vordere Anbindungsstelle A2 weist eine vordere Basisplatte 43 auf, mit der das vordere Türbrüstungsrohr-Ende 45 in Stoßverbindung ist. Die vordere Basisplatte 43 ist – wie auch die hintere Basisplatte 41 – innenseitig an der vorderen Tür-Stirnseite 25 verschweißt. Zudem weist die vordere Basisplatte 43 einen zapfenförmigen sowie hülsenförmigen Fortsatz 47 auf, der konturangepasst sowie formschlüssig in das vordere Ende 45 des Türbrüstungsrohres 17 einragt. An der in Fahrzeuglängsrichtung x gegenüberliegenden Seite ist an der vorderen Basisplatte 43 eine weitere Prallkontur 49 angeformt, die durch das Türblech nach außen geführt ist und im Crashfall mit einer korrespondierenden Prallkontur 51 eines Verstärkungselementes 53 der A-Säule 1 zusammenwirkt.
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Nachfolgend ist anhand der 2 und 3 ein Frontalcrash mit geringer seitlicher Überlappung beschrieben. In diesem Fall erfolgt die Fahrzeugkollision in der Fahrzeugquerrichtung y seitlich außerhalb der Karosserie-Längsträger 13, wodurch die Felge des Fahrzeug-Vorderrads 55 gegen die A-Säule 1 gedrückt wird. Im weiteren Crashverlauf kommen die einander zugewandten Prallkonturen 39, 41 sowie 49, 51 der A- und B-Säulen 1, 3 sowie der Fronttür 7 miteinander in Anlageverbindung, wodurch sich ein seitlicher Lastpfad L ergibt, in dem die Kollisionskräfte von der A-Säule 1 über das Türbrüstungsrohr 17 zur B-Säule 3 übertragen werden.
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Durch die spezielle Ausgestaltung der Anbindungsstellen A1 und A2 ergibt sich im Crashfall ein Lastpfad L, bei dem das Türbrüstungsrohr 17 nach dem dritten eulerschen Knickfall belastet wird, wie es in dem Ersatzbild der 3 angedeutet ist. Demzufolge knickt das Türbrüstungsrohr 17 nicht mehr mittig (vergleiche 6) in der Fahrzeugquerrichtung y seitlich aus. Vielmehr verschiebt sich der Knickpunkt K deutlich aus der Längsmitte heraus. Die kritische Knicklast, das heißt die Last, bei der im Türbrüstungsrohr 17 gerade noch eine zerstörungsfreie Kraftübertragung zur B-Säule 3 möglich ist, wird dadurch erheblich erhöht, und zwar im Vergleich zu einem in der 6 gezeigten Türbrüstungsrohr 17, das nach dem zweiten eulerschen Knickfall belastet wird, bei dem sich der Knickpunkt K in etwa mittig im Türbrüstungsrohr 17 befindet. Zudem bilden die beiden, zwischen der A-Säule 1 und der vorderen Tür-Stirnseite 25 positionierten Prallkonturen 49, 51 eine Gelenkverbindung nach Art eines Kniegelenkes, bei dem sich die A-Säule 1 im Crashfall um eine Fahrzeughochachse leichtgängig verdrehen kann. Hierzu ist die Prallkontur 49 der vorderen Tür-Stirnseite 25 als ein Halbzylinder-Profil ausgebildet, während die damit zusammenwirkende Prallkontur 51 der A-Säule 1 als eine konturangepasste Gelenkpfanne ausgeführt ist. Auf diese Weise kann sich die A-Säule 1 im Crashfall verdrehen, ohne das Türbrüstungsrohr 17 mit einer quergerichteten Stoßlast, das heißt mit einem Drehmoment, zu beaufschlagen.
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Mit den oben beschriebenen Anbindungspunkten A1, A2 kann das Türbrüstungsrohr 17 gewichtsoptimiert zum Beispiel als ein Faserverbundrohr ausgelegt sein, ohne dass es zu einer im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten kritischen Knicklast kommt. In der 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Aufbau und Funktionsweise im Wesentlichen identisch mit dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist. Im Unterschied zur 2 ist in der 4 die Momentenstütze nicht nur durch das zapfenförmige Stützelement 33, sondern zusätzlich auch durch ein hülsenförmiges Momentenstützelement 57 ausgebildet. Das Momentenstützelement 57 ist integraler Bestandteil eines Schlossverstärkungsprofils, an dem Komponenten eines Türschlosses 61 (1) integriert sind. Das Schlossverstärkungsprofil ist innenseitig an der hinteren Tür-Stirnseite 23 montiert. Zudem ist am Schlossverstärkungsprofil die hintere Basisplatte 31 des Türbrüstungsrohres 17 montiert. In dem Ersatzbild der 5 ist die Wirkungsweise der in der 4 gezeigten Anordnung im Crashfall dargestellt. Demzufolge wird das hintere Ende 37 des Türbrüstungsrohres 17 zusätzlich mit der radial äußeren Momentenstütze 47 umfasst. Auf diese Weise ergibt sich in der hinteren Anbindungsstelle A1 eine besonders momentensteife axiale Rohrführung, mit der die kritische Knicklast weiter gesteigert werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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