-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Unterbau für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine Bodenplatte entlang einer hinteren Kante mit einem Fersenblech und entlang einer seitlichen Kante mit einem Schweller verbunden ist.
DE 10 2009 007 035 A1 zeigt einen solchen Unterbau, bei dem die Bodenplatte durch Längs- oder Quersicken versteift ist.
-
Wenn ein Kraftfahrzeug bei einem Unfall ins Schleudern gerät, kann es mit seiner Flanke auf ein Hindernis wie etwa einen Baum, einen Brückenpfeiler oder dergleichen aufschlagen. Das Verhalten der Fahrzeugkarosserie in einer solchen Situation ist Gegenstand von durch Euro NCAP und NHTSA standardisierten Tests. Wenn bei einem solchen Test ein Impaktor vor dem Fersenblech mit der Fahrzeugflanke kollidiert, wird der Schweller lokal eingedrückt und die Bodenplatte hinter dem Schweller gestaucht. Da das Fersenblech dem Aufprall nicht in gleicher Weise nachgibt, treten erhebliche Spannungen auf, die zu einem Aufreißen des Fersenblechs, der Bodenplatte oder der Verbindung zwischen beiden und damit zu einer zusätzlichen Gefährdung der Fahrzeuginsassen führen können.
-
Eine Möglichkeit, die Rissbildung zu verhindern, besteht in der Anbringung eines Verstärkungsblechs an den aufreißgefährdeten Stellen des Unterbaus. Allerdings verursachen Fertigung und Einbau eines solchen Verstärkungsblechs zusätzliche Kosten bei der Fahrzeugproduktion; außerdem erhöht das Verstärkungsblech das Gewicht des Fahrzeugs, was dem Bestreben, dessen Kraftstoffverbrauch zu minimieren, zuwiderläuft Eine Aufgabe der Erfindung ist, einen Kraftfahrzeugunterbau zu schaffen, bei dem ohne eine Steigerung von Produktionsaufwand und Gewicht des Fahrzeugs die Wahrscheinlichkeit eines Aufreißens beim Seitenaufprall minimiert ist.
-
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Unterbau für ein Kraftfahrzeug mit einem Schweller, einem Fersenblech und einer Bodenplatte, die entlang einer hinteren Kante mit dem Fersenblech und entlang einer seitlichen Kante mit dem Schweller verbunden ist und mit wenigstens einer Sicke versehen ist, die Sicke so orientiert ist, dass sie von wenigstens einem Radius orthogonal gekreuzt wird, der sich von einer Ecke der Bodenplatte, an der hintere Kante und seitliche Kante zusammentreffen, zwischen hinterer Kante und seitlicher Kante in die Bodenplatte hinein erstreckt. Die Sicke ermöglicht im Falle eines Seitenaufpralls eine Dehnung der Bodenplatte in Richtung des Radius und trägt so zum Abbau der Spannungen bei, die sich andernfalls über ein Aufreißen abbauen würden.
-
Wenn die Sicke vor den Kanten endet, braucht der Verlauf des Fersenblechs und des Schwellers nicht an die Sicke angepasst zu werden; dies erleichtert die Implementierung der Erfindung in existierenden Fahrzeugmodellen, da nur die Bodenplatte verändert werden muss, Fersenblech und Schweller aber unverändert bleiben können.
-
Vorzugsweise ist die Sicke in Draufsicht gekrümmt, wobei eine konkave Seite der Sicke der Ecke zugewandt sein sollte.
-
Der Winkel, den die Krümmungsradien an beiden Enden einer solchen Sicke aufspannen, sollte 90° nicht überschreiten.
-
Je steiler die Flanken der Sicke sind, umso leichter ist die Bodenplatte quer zur Sicke dehnbar. Deshalb sollten diese Flanken eine Neigung gegen die Horizontale von wenigstens 30°, besser wenigstens 45°, aufweisen.
-
Um eine ausreichende Dehnbarkeit der Bodenplatte zu gewährleisten, sollte ein Schnitt durch die Bodenplatte entlang des Radius wenigstens 20 mm länger sein als der Radius selbst.
-
Andererseits sollte die Sicke möglichst niedrig sein, um die Bodenfreiheit des Fahrzeugs und die Nutzbarkeit des Innenraums über der Bodenplatte möglichst wenig einzuschränken. Damit die Bodenplatte dennoch die nötige Dehnbarkeit bekommt, sollte der Radius mehrere Sicken, vorzugsweise wenigstens drei, kreuzen.
-
Die wenigstens eine Sicke kann aus einem im Wesentlichen ebenen Hauptteil der Bodenplatte ausgelenkt sein.
-
Auch wenn die Sicke zwar, wie oben erwähnt, vor den Kanten der Bodenplatte enden kann, sollte ein sickenfreier Randbereich der Bodenplatte möglichst schmal sein, um die Dehnung der Bodenplatte nicht unnötig zu erschweren. Wenn zwischen dem Hauptteil der Bodenplatte und einer der Kanten, insbesondere der seitlichen Kante, ein Höhenunterschied besteht, erstreckt sich deshalb die Sicke vom Hauptteil vorzugsweise wenigstens bis in einen unteren Rand der Wand.
-
Zwischen einer anderen Kante, insbesondere der hinteren, und einem dieser Kante zugewandten Ende der Sicke kann die Bodenplatte einen ebenen Randbereich aufweisen. Indem der Randbereich dem Höhenprofil der Sicke nicht folgt, ist die Anbringung eines Schweißflanschs des Schwellers oder vorzugsweise des Fersenblechs an dem Randbereich vereinfacht.
-
Auch an dieser anderen Kante sollte der sickenfreie Randbereich möglichst schmal sein; insbesondere ist vorzugsweise der Abstand zwischen einem der Kante zugewandten Ende der Sicke und dem Schweißflansch kleiner ist als die Breite der Sicke.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugunterbaus;
-
2 eine Detailansicht des Unterbaus;
-
3 einen Schnitt durch den Verbindungsbereich zwischen einer Bodenplatte und einem Fersenblech des Unterbaus;
-
4 eine Draufsicht auf die Bodenplatte des Fahrzeugunterbaus aus 1 und 2;
-
5 einen radialen Schnitt durch die Bodenplatte.
-
1 zeigt einen Unterbau eines Personenkraftwagens. Zwischen vorderen und hinteren Radkästen 1, 2 erstrecken sich Schweller 3 an beiden Flanken des Wagens. Die Schweller 3 bilden zusammen mit einer Stirnwand 4, einem Getriebetunnel 5, Querträgern 6 und einem Fersenblech 7 ein fachwerkartiges Gerüst, dessen Fächer durch Bodenplatten 8 ausgefüllt sind.
-
Die Bodenplatten 8 haben jeweils eine hintere Kante 9, die am Fersenblech 7 verschweißt ist, eine äußere seitliche Kante 10, die an einem der Schweller 3 verschweißt ist, eine innere seitliche Kante 11, die am Getriebetunnel 5 befestigt ist, und eine vordere Kante, die an der Stirnwand 4 befestigt ist. Die Querträger 6 sind Hutprofile, die entlang ihrer in Fahrzeuglängsrichtung vorderen und hinteren Flanken an den Bodenplatten 8 verschweißt sind und so zusammen mit den Bodenplatten 8 einen geschlossenen Querschnitt bilden.
-
Wie in 2 deutlicher zu erkennen, hat die Bodenplatte 8 einen Hauptteil 12, der sich – abgesehen von darin geprägten Sicken 17 im Wesentlichen horizontal erstreckt. Die äußere seitliche Kante 10 ist durch einen horizontalen, in Fahrzeuglängsrichtung langgestreckten Flansch 13 gebildet, der mit dem Hauptteil 12 über eine zur Kante 10 hin steil ansteigende Wand 14 einteilig zusammenhängt. Ein von den Sicken 17 freier Randbereich 15 des Hauptteils 12 bildet die hintere Kante 9. Am unteren Rand des Fersenblechs 7 ist ein Flansch 16 in die Horizontale abgewinkelt und auf dem Randbereich 15 verschweißt.
-
Die Sicken 17 verschmelzen jeweils an einem Ende 18 mit der der Wand 14. Wie in 3 gezeigt, reicht ein anderes Ende 19 der Sicken 17 jeweils so nah an den Flansch 16 des Fersenblechs 7 heran, dass der Abstand zwischen dem Flansch 16 und dem Ende 19 der Sicke 17 kleiner ist als deren Höhe h.
-
Wenn bei einer Kollision aus seitlicher Richtung einer der Schweller 4 eingedrückt und die Bodenplatte 8 zwischen ihm und dem Getriebetunnel 5 gestaucht wird, tritt entlang des Schwellers 4 eine Zugspannung auf, zu deren Abbau die Radkästen 1, 2 an den beiden Enden des Schwellers 4 aufeinander zu rücken müssten. Dies wird jedoch durch die Steifigkeit des Getriebetunnels 5 verhindert. Indem in einem solchen Fall die Sicken 17 in die Breite gezogen werden, ermöglichen sie einen Abbau der Zugspannung, so dass auch bei starker Verformung des Schwellers 3 ein Aufreißen der Bodenplatte 8, des Fersenblechs 7 oder der Schweißstellen, die die Bodenplatte 8 mit dem Fersenblech 7 oder dem Schweller 3 verbinden, verhindert werden kann.
-
In 2 sind die Sicken 17 als konzentrische Viertelkreisbögen dargestellt, deren Mittelpunkt in etwa diejenige Ecke 20 der Bodenplatte 8 ist, an der die Kanten 9, 10 aufeinandertreffen, so dass jeder Radius 21, der sich von diesem Mittelpunkt aus in die Bodenplatte 8 hinein erstreckt, die Sicken 17 rechtwinklig kreuzt. Von der Kreisform abweichende Bogenformen kommen ebenfalls in Betracht, wobei allerdings der Winkel, unter dem sich Krümmungsradien 22, 23 der Sicken 17 kreuzen, die von deren Enden 18, 19 ausgehen, nicht größer als 90° sein sollte. Im Extremfall können die Sicken sich auch geradlinig von der einen Kante 9 zur anderen 10 erstrecken; in diesem Fall gibt es genau einen Radius, der von der Ecke 20 ausgeht und die Sicken orthogonal kreuzt. In Richtung dieses einen Radius ist dann die Bodenplatte besonders leicht verformbar; je weiter jedoch die Richtung einer Zugbelastung von diesem Radius abweicht, umso größer ist auch der Winkel zwischen der Kraft und der Richtung, in der die Bodenplatte sich dehnen kann, und umso schlechter ist folglich das Verhältnis zwischen Zugbelastung und aus ihr resultierender Dehnung. Da die Richtung der Zugbelastung im Kollisionsfall nicht genau vorherzusagen ist, ist es in den meisten Fällen vorteilhaft, wenn die Sicken 17 durch ihren gekrümmten Verlauf an verschiedenen Stellen in jeweils andere Richtungen gut dehnbar sind; so kann sich eine Zugbelastung jeweils vorrangig in derjenigen Region der Bodenplatte 8 abbauen, in der die Sicken 17 orthogonal zu ihr orientiert sind.
-
2 zeigt vier Sicken 17; in der Praxis wird man die Zahl der Sicken 17 je nach Bedarf, d. h. in Abhängigkeit von der gewünschten maximalen Dehnbarkeit der Bodenplatte 8 wählen, wobei, wenn nötig, die am weitesten von der Ecke 20 entfernten Sicken 17, wie in 4 gezeigt, anstatt an der hinteren Kante 9 auch an der dem Getriebetunnel 5 zugewandten Kante 11 enden können.
-
Die maximale Dehnbarkeit der Bodenplatte 8 ist festgelegt durch Zahl und Querschnittsform der Sicken. 5 zeigt einen Querschnitt der Bodenplatte 8 und zweier ihrer Sicken 17 entlang des Radius 21 der 2. Die Sicken 17 haben jeweils zwei Flanken 24, die gegen die Horizontale bzw. gegen den Hauptteil 12 der Bodenplatte 8, aus dem die Sicken 17 ausgelenkt sind, unter einem Winkel α geneigt sind. Deren Breite b beträgt (bei Vernachlässigung des endlichen Krümmungsradius zwischen den Flanken 24 und dem Hauptteil 12 bzw. einer Scheitelfläche 25 der Sicke 17) h/sinα, wobei h die Höhe der Sicke 17, d. h. den Versatz zwischen dem Hauptteil 12 und der Scheitelfläche 25, bezeichnet. Wenn die Sicke 17 durch die Zugbelastung komplett eingeebnet würde, dann würde dadurch die Ausdehnung die Bodenplatte entlang des Radius 21 um 2h(1/sinα – 1/tanα) zunehmen. Für einen wirksamen Schutz gegen Aufreißen ist eine Dehnbarkeit von wenigstens 20 mm wünschenswert; anhand dieser Vorgabe kann, wenn von Anzahl, Flankenwinkel α und Höhe h der Sicken 17 zwei Parameter festliegen, der dritte berechnet werden.
-
Weitere Randbedingungen für die Wahl dieser Parameter ergeben sich dadurch, dass zwar einerseits eine geringe Höhe und eine entsprechend große Anzahl der Sicken wünschenswert sind, um den Platzbedarf der Bodenplatte 8 in vertikaler Richtung zu minimieren, dass aber andererseits die für eine gegebene Dehnung der Bodenplatte 8 erforderliche Kraft umso kleiner ist, je größer die Höhe h ist. Da folglich die Höhe h nicht zu klein werden darf, ist es meist nicht sinnvoll, mehr als 10 Sicken 17 vorzusehen.
-
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Radkasten
- 2
- Radkasten
- 3
- Schweller
- 4
- Stirnwand
- 5
- Getriebetunnel
- 6
- Querträger
- 7
- Fersenblech
- 8
- Bodenplatte
- 9
- hintere Kante
- 10
- seitliche Kante
- 11
- seitliche Kante
- 12
- Hauptteil
- 13
- Flansch
- 14
- Wand
- 15
- Randbereich
- 16
- Flansch
- 17
- Sicke
- 18
- Ende
- 19
- Ende
- 20
- Ecke
- 21
- Radius
- 22
- Krümmungsradius
- 23
- Krümmungsradius
- 24
- Flanke
- 25
- Scheitelfläche
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009007035 A1 [0001]
