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Die Erfindung betrifft eine Karosserie-Seitenstruktur für ein zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Bei einem Frontalcrash mit nur geringer seitlicher Überlappung (small overlap) erfolgt eine stark erhöhte Krafteinleitung der Kollisionskräfte seitlicher außerhalb der Karosserie-Längsträger, und zwar unter Bildung eines seitlichen Lastpfads, bei dem die crashzugewandte Fahrzeugrad-Felge gegen die A-Säule gedrückt wird und die Kollisionskräfte weiter in die Karosserie-Seitenstruktur, das heißt über die Fronttür in die B-Säule, übertragen werden.
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Aus der
DE 10 2014 207 060 A1 ist eine gattungsgemäße Karosserie-Seitenstruktur bekannt, bei der ein im Türinnenraum einer Fahrzeug-Seitentür angeordneter Längsträger (das heißt Türbrüstungsrohr) als ein Hohlprofilteil realisiert ist. Das in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet hintere Längsträger-Ende ist im Crashfall seitlich abgestützt, damit das hintere Längsträger-Ende im Crashfall nicht vorzeitig ausknickt. Der Längsträger weist an seiner crashabgewandten Seite eine Prallkontur auf, die im Frontalcrashfall mittelbar oder unmittelbar in kraftübertragender Verbindung mit einer Prallkontur der crashabgewandten Fahrzeugsäule gedrückt ist.
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Im Hinblick auf eine Gewichtsreduzierung ist es bevorzugt, den Längsträger aus einem faserverstärkten Kunststoffbauteil herzustellen. Entscheidend für die Funktionsfähigkeit des Längsträgers im Frontalcrashfall ist, dass eine Lastweiterleitung von der A-Säule in den Längsträger und vom Längsträger in die B-Säule (das heißt deren Säulen-Verstärkungselement) sichergestellt ist.
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Aus der
DE 10 2006 004 171 A1 ist ein Fahrzeug-Türmodul bekannt, bei dem in der Fahrzeugtür ein Fangbolzen integriert, der in der Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet ist. Bei einem Seitenaufprall auf die Fahrzeugtür wird der Fangbolzen in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeuginnen verlagert und in Eingriff mit dem bodenseitigen Türschweller gebracht. Auf diese Weise ist verhindert, dass die Seitentür bei einer Seitenkollision über den Schweller hinweg in den Fahrzeuginnenraum hinein verlagert wird.
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Aus der
DE 60 2004 002 822 T2 ist ein Cabriolet-Kraftfahrzeug mit einem gattungsgemäßen Sicherheitsteil bekannt, das im Frontalcrashfall eine Lastweiterleitung in die Fahrzeug-Vordertür ermöglicht. Aus der
FR 2 888 554 A1 und aus der
FR 2 917 336 A1 sowie aus der
WO 2010/ 012 916 A1 und aus der
DE 44 22 745 B4 sind weitere Karosserie-Seitenstrukturen für ein Fahrzeug bekannt, die bei einem Frontalcrash einen Lastpfad in der Fahrzeuglängsrichtung bereitstellen.
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Aus der
DE 42 40 416 A1 ist eine Tür mit einem Längsträger bekannt, der zweiteilig aus zueinander teleskopierbaren Trägerteilen aufgebaut ist. Jedes Trägerteil schließt an seiner äußeren Stirnseite mit einem Trägerendbereich ab. Die beiden zueinander teleskopierbaren Trägerteile sind bei Betätigung eines Türgriffes über einen Kurbelmechanismus zwischen einer Offenstellung und einer Geschlossenstellung teleskopartig verstellbar. Aus der
DE 198 28 444 A1 ist ein Fahrzeug-Seitentür bekannt, die zwei Bolzen aufweist. Diese werden automatisch in die jeweils zugewandte Fahrzeugsäule eingefahren, sobald die Seitentür geschlossen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosserie-Seitenstruktur für ein Fahrzeug bereitzustellen, das bei einem Frontalcrash einen einwandfrei wirkenden Lastpfad in der Fahrzeuglängsrichtung bereitstellt.
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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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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 weist mindestens eine der türseitigen sowie säulenseitigen Prallkonturen einen in der Fahrzeuglängsrichtung abragenden Fangbolzen auf, während die andere Prallkontur eine Bolzenöffnung aufweist, Im Frontalcrashfall ist der Fangbolzen in die Bolzenöffnung eingefahren, um ein seitliches Abgleiten der Seitentür bzw. des Längsträgers (Türbrüstungsrohres) nach fahrzeugaußen zu verhindern. Mit Hilfe des Fangbolzens ist eine gezielte sowie genaue Lagesicherung im Frontalcrashfall ermöglicht, und zwar ohne Zusatzmaßnahmen (zum Beispiel zusätzliche Begrenzungsbleche oder dergleichen).
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In der technischen Umsetzung der Erfindung ist der Fangbolzen an einem separaten Adapterelement ausgebildet, das wiederum am crashabgewandten Ende des Längsträgers befestigt ist. Der Längsträger ist ein Hohlprofilträger mit einem umfangsseitig geschlossenen Hohlprofil. Das Adapterelement weist zur Befestigung am Längsträger einen Befestigungszapfen auf, der in Verlängerung zum Fangbolzen ausgebildet ist und in der Einbaulage endseitig in den Hohlprofilträger eingesteckt ist.
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Alternativ und/oder zusätzlich kann das obige Adapterelement auch an dem crashzugewandten Ende des Längsträgers befestigt sein. In diesem Fall wird im Frontalcrash das Adapterelement gegen die crashzugewandte Fahrzeugsäule (das heißt A-Säule) gedrückt.
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Das Adapterelement weist zusätzlich eine Prallplatte auf, die im Vergleich zum Befestigungszapfen und zum Fangbolzen radial ausgeweitet ist. Beidseitig von der Prallplatte ragen der Befestigungszapfen und der Fangbolzen jeweils in Gegenrichtungen ab. Die Prallplatte des Adapterelementes sowie die säulenseitige Prallkontur können einander zugewandte, konturangepasste Anlageflächen aufweisen, die im Frontalcrashfall mittelbar oder unmittelbar in kraftübertragender Verbindung sind. Die säulenseitige Prallkontur kann durch ein warmumgeformtes, hochfestes Säulen-Verstärkungselement gebildet sein, das von einem äußeren Säulenblech umschlossen ist. In diesem Fall kann eine in der Fahrzeuglängsrichtung vordere Seitenflanke des Säulen-Verstärkungselementes die Prallkontur bereitstellen. Diese Seitenflanke ist üblicherweise nach fahrzeugaußen geneigt, um einen Türeinstiegsbereich nach fahrzeugaußen auszuweiten. Entsprechend konturangepasst ist die am Adapterelement ausgebildete Anlagefläche nach fahrzeuginnen geneigt.
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Der Fangbolzen des Adapterelementes kann an seinem Bolzenfuß materialeinheitlich und einstückig in die Anlagefläche des Adapterelementes übergehen. Bevorzugt ist es, wenn der Bolzenfuß des Fangbolzens umfangsseitig durchgängig von der Adapterelement-Anlagefläche begrenzt ist. Bevorzugt ist der Fangbolzen koaxial zum Befestigungszapfen angeordnet. In diesem Fall kann in einem Crashfall eine Torsionsbelastung des Adapterelements um seine Längsachse verhindert werden, die ansonsten durch ein ungleichmäßiges Abgleiten eintreten kann, zum Beispiel dann, wenn der Fangbolzen nicht mittig in der Anlagefläche des Adapterelementes angeformt ist, sondern vielmehr an einer Randseite der Anlagefläche, das heißt axial versetzt zur Adapterelement-Längsachse.
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Erfindungsgemäß ist der Fangbolzen in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet nicht durchgängig zylindrisch ausgebildet, sondern läuft dieser vielmehr beginnend von seinem Bolzenfuß bis zur Bolzenspitze konisch zu. Auf diese Weise ist ein Toleranzausgleich bei der im Crashfall erfolgenden Einfädelung in die Bolzenöffnung im säulenseitigen Teil ermöglicht und wird ein Verkanten vermieden.
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Im Hinblick auf eine Reduzierung des Bauteilgewichts ist es von Vorteil, wenn der Längsträger ein faserverstärktes Kunststoffbauteil ist. Um im Frontalcrashfall eine einwandfreie Lasteinleitung von der crashzugewandten Fahrzeugsäule in den Längsträger (Türbrüstungsrohr) und/oder vom Längsträger in die crashabgewandte Fahrzeugsäule sicherzustellen, ist es bevorzugt, wenn das Adapterelement ein Metall-Bauteil ist.
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Wie oben erwähnt, weist die säulenseitige Prallkontur eine Bolzenöffnung auf, durch die im Frontalcrashfall der Fangbolzen mit einer Einfahrtiefe in einen vom Säulen-Verstärkungselement begrenzten Profilinnenraum einfahrbar ist. Sofern im Profilinnenraum des Säulen-Verstärkungselementes zusätzliche Bauteile angeordnet sind, besteht die Gefahr, dass diese im Frontalcrashfall durch den einfahrenden Fangbolzen beschädigt werden oder die Funktion des Bolzens und folglich des Gesamtsystems beeinträchtigt wird. Um dies zu vermeiden, ist es bevorzugt, wenn zumindest die Bolzenspitze des Fangbolzen mit einer reduzierten Festigkeit ausgebildet ist. In diesem Fall kann der Fangbolzen so ausgelegt werden, dass dieser im Frontalcrashfall zumindest an seiner Bolzenspitze zerstört wird. Die Bolzenspitze bildet somit keine Störkontur mehr, die gegebenenfalls Bauteile innerhalb des Säulen-Verstärkungselementes zerstören kann oder die Funktion des Bolzens und folglich des Gesamtsystems beeinträchtigt. Die obige Konstruktion ist generell bei begrenztem Bauraum von Vorteil.
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Zur Realisierung einer solchen Bolzenspitze ist es bevorzugt, wenn diese mit einem Werkstoff realisiert ist, dessen Festigkeit im Vergleich zum übrigen Adapterelement-Werkstoff reduziert ist. Bevorzugt kann die Bolzenspitze zum Beispiel aus einem Faserverbundkunststoff hergestellt sein, die bei Crashbelastung unter Druck zersplittert (das heißt crusht), das heißt progressiv zerstört wird. Ein separates Auslösen des Zersplitter-(Crushing-)Vorgangs ist aufgrund der konischen Fangbolzen-Geometrie nicht erforderlich. Sofern die Bolzenspitze im Frontalcrashfallzersplittert, verbleibt keine Restblocklänge, so dass die Fangbolzen-Länge insgesamt optimal einstellbar ist. Zudem ist es von Vorteil, dass der Fangbolzen beim Crashvorgang durch das Zersplittern der Bolzenspitze zusätzliche Aufprallenergie absorbieren kann.
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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 werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht ein zweispuriges Kraftfahrzeug mit einem gestrichelt angedeuteten Türbrüstungsrohr;
- 2 in einer schematischen Schnittdarstellung eine Teilschnittansicht entlang einer Schnittebene A-A aus der 1;
- 3 ein Adapterelement in Alleinstellung;
- 4 eine Ansicht entsprechend der 2 im Frontalcrashfall;
- 5 und 6 jeweils Ansichten entsprechend der 3 gemäß einem zweiten und einem dritten Ausführungsbeispiel.
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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 als ein Tür-Längsträger 17 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 übergeht. Das Türinnen-Blechteil 19 ist durch ein fahrzeugäußeres Türaußen-Blechteil 27 überdeckt. Das Türbrüstungsrohr erstreckt sich in etwa in horizontaler Ausrichtung und ist an nicht gezeigten Anbindungsstellen innerhalb der Fronttür 7 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 (nur grob angedeuteten) positionierten Säulen-Verstärkungselement 29 an, die von einem Blechprofil 30 umschlossen ist.
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Das Türbrüstungsrohr ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein faserverstärktes Kunststoffbauteil, bei dem die Fasern bzw. ein Faserhalbzeug in einer Kunststoffmatrix eingebettet ist. Am hinteren Ende des Türbrüstungsrohrs ist in der 2 ein Adapterelement 31 befestigt, das in einem später anhand der 4 beschriebenen Frontalcrashfall eine Kraftweiterleitung in das Säulen-Verstärkungselement 29 bewirkt. Das in der 3 in Alleinstellung gezeigte Adapterelement 31 weist einen Fangbolzen 33 sowie einen Befestigungszapfen 35 auf, die ausgehend von einer mittleren Prallplatte 37 in Gegenrichtungen sowie zueinander koaxial in der Fahrzeuglängsrichtung x abragen. Das Adapterelement 31 ist in der 2 im Türinnenraum 15 angeordnet und bildet im Frontalkollisionsfall eine längsträgerseitige Prallkontur, die mit einer dazu korrespondierenden säulenseitigen Prallkontur 39 zusammenwirkt.
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In der 2 ist das Adapterelement 31 mit seinen Befestigungszapfen 35 in das Türbrüstungsrohr eingesteckt, wobei dessen Stirnseite an die Prallplatte 37 des Adapterelementes 31 anstößt. Auf der in der Fahrzeuglängsrichtung x gegenüberliegenden Seite weist die Prallplatte 37 eine schräggestellte Anlagefläche 41 auf, die im Frontalcrashfall (4) mit einer dazu konturangepassten Anlagefläche 43 der säulenseitigen Prallkontur 39 zusammenwirkt. In etwa mittig innerhalb der Anlagefläche 41 des Adapterelements 31 ist der Fangbolzen 33 am Adapterelement 31 angeformt. Der Bolzenfuß des Fangbolzens 33 ist dabei umfangsseitig durchgängig von der Adapterelement-Anlagefläche 41 begrenzt. Der Fangbolzen 33 ist zudem koaxial zum Befestigungszapfen 35 des Adapterelementes 31 ausgerichtet.
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Wie aus der 2 weiter hervorgeht, weist die säulenseitige Prallkontur 39 eine Bolzenöffnung 44 auf, in die der Fangbolzen 33 des Adapterelementes 31 im Frontalcrashfall einfahrbar ist, um ein seitliches Abgleiten der Seitentür 7 nach fahrzeugaußen zu verhindern. Gemäß der 2 ist die säulenseitige Prallkontur 39 eine im Querschnittsprofil schräg gestellte Seitenflanke des U-profilförmigen Säulen-Verstärkungselementes 29.
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Nachfolgend wird anhand der 4 die Funktionsweise des Adapterelementes 31 im Zusammenspiel mit der Bolzenöffnung 44 im Säulen-Verstärkungselement 29 beschrieben, und zwar bei einem Frontalcrash mit geringer seitlicher Überlappung. In diesem Fall erfolgt die Fahrzeugkollision in der Fahrzeugquerrichtung y seitlich außerhalb der Karosserie-Längsträger 13, wodurch die Felge des Fahrzeug-Vorderrads 55 (1) gegen die A-Säule 1 gedrückt wird. Im weiteren Crashverlauf kommen die einander zugewandten Prallkonturen 31,39 der Fronttür 7 sowie der B-Säule 3 in eine kraftübertragende Verbindung, wodurch sich ein seitlicher Lastpfad L (4) ergibt, entlang dem die Kollisionskräfte über das Türbrüstungsrohr zur B-Säule 3 übertragen werden.
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Wie aus der 4 hervorgeht, durchbricht der Fangbolzen 33 im Crashverlauf sowohl die hintere Türblech-Stirnseite 23 (2) als auch das äußere Säulenblech der B-Säule 3 und fährt der Fangbolzen 33 in die Bolzenöffnung 44 im Säulen-Verstärkungselement 29 ein. Die Anlagefläche 41 des Adapterelementes 31 sowie die Anlagefläche 43 des Säulen-Verstärkungselementes 39 werden dabei unter Zwischenlage des Türinnen-Blechteils 19 und des äußeren Säulenblechteils 30 in die oben erwähnte kraftübertragende Verbindung gebracht, über die die Kollisionskräfte in die B-Säule 3 einleitbar sind.
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In den 1 bis 4 ist das Adapterelement 31 ein materialeinheitlich und einstückig ausgebildetes Metall-Bauteil ist, das z.B. in einem Druckgießverfahren herstellbar ist. Demgegenüber ist in der 5 ein Adapterelement 31 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, das zweiteilig aufgebaut ist, und zwar mit einem Basisteil 49 und einem Fangbolzen-Segment 51. Das Basisteil 49 und das Fangbolzen-Segment 51 sind materialeinheitlich und/oder einstückig miteinander in Verbindung. Das Basisteil 49 ist aus Metall gefertigt, während das Fangbolzen-Segment 51 aus zum Beispiel einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist und von daher eine gegenüber dem Basisteil 49 reduzierte DruckFestigkeit aufweist. Im Frontalcrash wird das Fangbolzen-Segment 51 nach dem Einfädeln in die säulenseitige Bolzenöffnung 44 aufgrund der Crashbelastung unter Druck zerstört bzw. zersplittert und löst sich damit vom Basisteil 49 in Form von Bruchfragmenten ab (Crushing). Auf diese Weise wird einerseits zusätzlich Crashenergie abgebaut. Andererseits reduziert sich die Einfahrtiefe Δx (4) des Fangbolzens 33 in den vom Säulen-Verstärkungselement 29 begrenzten Profil-Innenraum 53 (2 oder 4).
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In der 6 ist ein Adapterelement 31 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Aufbau sowie Funktionsweise weitgehend identisch zu den Adapterelementen 31 der vorangegangenen Ausführungsbeispiele ist. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist in der 6 nicht mehr ein kontinuierlicher konischer Übergang von der Prallplatte 37 zur Anlagefläche 41 bereitgestellt. Vielmehr ist in der 6 dieser konische Übergang mittels einer Ringnut 57 unterbrochen, wodurch das Adapterelement 31 weniger materialintensiv ausgebildet ist.
