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Die Erfindung betrifft eine B-Säule für eine Karosserie eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einer solchen B-Säule.
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B-Säulen einer Fahrzeugkarosserie werden aus einer Außenschale und einer Innenschale aufgebaut, die so geformt sind, dass durch Fügen der Außenschale und der Innenschale ein Querschnitt entsteht, der auf die geometrischen und mechanischen Anforderungen der Fahrzeugkarosserie abgestimmt ist. Die im Fahrzeug außen liegende Außenschale ist in der Regel U-förmig mit endseitigen Flanschen zur Bildung einer Flanschverbindung mit der Innenschale ausgeführt und die innenliegende Innenschale dient hierbei als Schließelement zur Bildung eines geschlossenen Querschnitts welcher eine hohe Stabilität der B-Säule gewährleisten kann.. In der Regel wird die außen liegende Außenschale aufgrund von Crashanforderungen aus höchstfesten Stählen ausgeführt und bei Bedarf zusätzlich durch eine U-förmige B-Säulenverstärkung verstärkt.
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Aus der
DE 1 630 273 A ist ein aus zwei Halbschalen zusammengesetzter Hohlträger für Karosserien von Fahrzeugen bekannt, der so ausgebildet ist, dass bei gegebener Materialstärke eine möglichst große Steifigkeit erreicht wird. Bei diesem bekannten Hohlträger ist zwischen den Halbschalen eine als Membran wirkende Zwischenwand vorgesehen, die mit den Halbschalen unlösbar, bspw. durch Schweißen verbunden ist.
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Die
DE 195 31 957 A1 beschreibt eine Querschnittstruktur einer B-Säule mit einem B-Säulen-Innenblech und einem B-Säulen-Außenblech, wobei die B-Säule mit einer Verstärkung, nämlich einer oberen Verstärkung, einer mittleren Verstärkung und einer unteren Verstärkung ausgebildet ist. Die obere Verstärkung hat im Wesentlichen den gleichen Querschnitt wie der obere Abschnitt des B-Säulen-Außenblechs und ist entlang der oberen Innenfläche desselben angeordnet. Die mittlere Verstärkung hat einen dem Mittelabschnitt des B-Säulen-Außenblechs entsprechenden U-förmigen Querschnitt und ist entlang der Innenfläche des B-Säulen-Außenblech angeordnet. Die untere Verstärkung weist einen dem unteren Abschnitt des B-Säulen-Außenblechs entsprechenden U-förmigen Querschnitt auf.
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Bei diesen bekannten Karosseriesäulen bleibt das Innenblech bzw. die Innenschale unverstärkt. Die hohen Lasten, die durch ein verstärktes Außenblech bzw. durch eine verstärkte Außenschale aufgenommen werden, führen bei designbedingt schlanken Karosseriesäulen z.B. bei Fahrzeugen mit rahmenlosen Türen zu einer Überlastung des Innenblechs bzw. der Innenschale, die zum Beulen des Innenblechs bzw. der Innenschale und zum Abknicken der gesamten Karosseriesäule führen kann. Dadurch ist die Tragwirkung, insbesondere gegen Dacheindrückung und Rollover beschränkt.
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Gemäß der
DE 10 2004 009 665 A1 weist eine A-Säule für eine Fahrzeugkarosserie ein H-förmig konfiguriertes Längsprofil mit einem integrierten Dämpfungselement und eine frontseitig Abdeckung auf. Das Dämpfungselement ist durch einen Federkörper aus Metall mit einem Z-förmigen Querschnitt ausgeführt und in einem frontseitigen Kanal des Längsprofils eingegliedert.
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Bei einem Nutzfahrzeug gemäß der
DE 10 2014 103 037 A1 ist zur Versteifung einer Außenhaut im Bereich einer Öffnung für ein Ablagefach wenigstens ein Versteifungselement vorgesehen, welches Z-förmig ausgebildet und mit einem Schenkel mit einer B-Säule und mit einem weiteren Schenkel mit der Außenhaut verbunden ist.
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Die
US 2007/0246970 A1 beschreibt eine Blechbaugruppe für Fahrzeugkarosserien, welche aus beabstandeten Blechtafeln aufgebaut ist. Zur akustischen Abschirmung ist zwischen den Blechtafeln ein Z-förmiges Blechteil mit zwei Schenkeln angeordnet, wobei ein Schenkel mit einer inneren Blechtafel und der andere Schenkel mit einer äußeren Blechtafel verschweißt ist.
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Ausgehend von dem vorliegenden Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine B-Säule für eine Fahrzeugkarosserie zu schaffen, welche eine höhere Knickstabilität aufweist, die zu einer höheren Tragfähigkeit der gesamten B-Säule führt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine B-Säule mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Eine solche B-Säule für eine Karosserie eines Fahrzeugs umfasst die folgende Komponenten:
- - eine Innenschale,
- - wenigstens eine Außenschale,
- - ein zwischen der Innenschale und der wenigstens einen Außenschale angeordneten Verstärkungselement mit einem Z-förmigen oder U-förmigen Querschnitt, wobei
- - das Verstärkungselement zumindest oberhalb einer Brüstungslinie der Karosserie angeordnet ist, und
- - die Länge des Verstärkungselementes in Fahrzeughochrichtung größer als die Tiefe des Verstärkungsteils in Fahrzeugquerrichtung ist.
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Bei einer solchen B-Säule wird durch das Verstärkungselement die Außenschale mit der Innenschale kraftschlüssig verbunden, wodurch gegenüber B-Säulen gemäß des Standes der Technik eine höhere Beulstabilität, insbesondere der Innenschale erreicht wird, die zu einer höheren Tragfähigkeit der gesamten B-Säule führt. Dieses Verstärkungselement ist zumindest oberhalb einer Brüstungslinie der Fahrzeugkarosserie angeordnet. Die Brüstungslinie verläuft in Fahrzeuglängsrichtung entlang des unteren Randes eines Seitenfensters der Fahrzeugkarosserie und setzt sich in der Regel als Konturlinie nach vorne und nach hinten über die Seitenfenster hinaus fort.
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Weiterbildungsgemäß ist das Verstärkungselement entweder ausgehend von einem oberen Ende der B-Säule oder beabstandet von diesem oberen Ende zwischen der Innenschale und der Außenschale angeordnet.
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Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn weiterbildungsgemäß die Länge des Verstärkungselementes in Fahrzeughochrichtung kleiner als die Länge der B-Säule und größer als zumindest das 1,5-fache, vorzugsweise das 3-bis 4-fache der Tiefe des Verstärkungsteils in Fahrzeugquerrichtung ist.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Z-förmige Verstärkungselement mit einem Mittelabschnitt und endseitig daran angeformten Befestigungsschenkeln ausgebildet, wobei ein Befestigungsschenkel eine Flanschverbindung mit der Innenschale und der andere Befestigungsschenkel eine Flanschverbindung mit der wenigstens einen Außenschale bildet. Ein solches Z-förmiges Verstärkungselement führt zu dem Vorteil, dass die lastführende Innen- und Außenschale an der Stelle ihrer höchsten Beanspruchung verstärkt und stabilisiert wird und die Halbschalen sich gegenseitig gegen ein Beulen in sich bzw. gegen ein Knicken der gesamten Säule stützen. Zweck der z-förmigen Verstärkung ist ein Koppeln und Stützen der am höchsten beanspruchten Querschnittsbereiche, die bei Crashlastfällen typischerweise aufgrund von Biegebelastung der B-Säule um die x-Achse an den am weitesten innen liegenden Bereichen der Innenschale und an den am weitesten außen liegenden Bereichen der Außenschale verortet sind. An diesen unter Druckbelastung sehr beulgefährdeten Querschnittsbereichen wirkt das Verstärkungselement über die Befestigungsschenkel effektiv einem Beulen und damit Tragverlust entgegen. Da die Verstärkung selbst vergleichsweise geringe Lasten aufnehmen muss und auch lokal begrenzt ausgeführt werden kann, führt die Lösung zu einer gewichtsgünstigen Konstruktion.
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Nach einer alternativen Ausgestaltung des Verstärkungselementes ist das U-förmige Verstärkungselement mit einem Mittelabschnitt und endseitig daran angeformten Befestigungsschenkel ausgebildet, wobei ein Befestigungsschenkel eine Flanschverbindung mit der Innenschale und der andere Befestigungsschenkel eine Flanschverbindung mit der wenigstens einen Außenschale bildet. Ein solches U-förmige Verstärkungselement führt zu einer analogen Wirkung wie im Fall der z-förmigen Verstärkung beschrieben.
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Weiterbildungsgemäß ist auf der Innenseite der Außenschale eine B-Säulenverstärkung, vorzugsweise mit einem U-förmigen Profil angeordnet, wodurch die Innenschale verstärkt wird. Vorzugsweise bildet hierbei ein Befestigungsschenkel des Verstärkungselementes eine Flanschverbindung mit der B-Säulenverstärkung.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn weiterbildungsgemäß die Außenschale ein hutförmiges Profil aufweist. Entsprechend ist auch die Innenschale mit einem hutförmigen ausgebildet.
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B-Säulen von Karosserien für alle Varianten von Fahrzeugen können in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Explosionsdarstellung einer B-Säule mit einem Z-förmigen Verstärkungselement,
- 2 eine Schnittdarstellung gemäß des Schnittes A-A nach 1,
- 3 eine Schnittdarstellung einer B-Säule mit einem U-förmigen Verstärkungselement, und
- 4 eine perspektivische Darstellung eines Z-förmigen Verstärkungselementes.
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Die in den 1 und 2 dargestellte B-Säule 1 einer Karosserie eines Fahrzeugs ist aus einer inneren Halbschale 2 mit einem hutförmigen Profil und einer äußeren Halbschale 3 mit einem hutförmigen Profil aufgebaut, wobei zur Bildung eines Querschnittes die randförmigen Krempenabschnitte der beiden Halbschalen 2 und 3 flanschartig, bspw. durch Schweißen verbunden sind, wie dies aus der Schnittdarstellung gemäß 2 ersichtlich ist.
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Auf der Innenseite der Außenschale 3 ist zur Verstärkung derselben eine B-Säulenverstärkung 3.1 angeordnet, die unter Anpassung an die Kontur der Außenschale 3 U-förmig ausgeführt ist. Aus 1 ist ersichtlich, dass die Länge der B-Säulenverstärkung 3.1 in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) der entsprechenden Länge der beiden Halbschalen 2 und 3 entspricht.
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Zur geometrischen Kopplung der beiden Halbschalen 2 und 3 ist ein Verstärkungselement 4 mit einem oberen Ende 4.3 und einem unteren Ende 4.4 sowie einem Z-förmigen Querschnitt in dem von denselben gebildeten Zwischenraum angeordnet und erstreckt sich in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) ausgehend vom oberen Ende 1.1 der B-Säule 1 bis über eine Brüstungslinie 6 der Karosserie hinaus, ohne jedoch das untere Ende 1.2 der B-Säule 1 zu erreichen. Das obere Ende 4.3 des Verstärkungselementes 4 fällt mit dem oberen Ende 1.1 der B-Säule 1 zusammen, während sich dessen untere Ende 4.4 sich über die Brüstungslinie 6 hinaus erstreckt. Damit befindet sich der Verstärkungselement 4 im oberen Bereich der B-Säule 1 weist eine kleinere Länge L (vgl. 4) im Vergleich zur Länge der B-Säule 1 in Fahrzeughochrichtung auf.
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Das Verstärkungselement 4 kann auch mit einer Länge L1 realisiert werden, die kürzer als der Abstand zwischen dem oberen Ende 1.1 der B-Säule 1 und der Brüstungslinie 6 ist. Ein solches Verstärkungselement 4 erstreckt sich mit dessen oberen Ende 4.3 ausgehend vom oberen Ende 1.1 der B-Säule 1 nach unten in Fahrzeughochrichtung und erstreckt sich mit dessen Ende 4.4' nicht über die Brüstungslinie 6 hinaus.
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Eine weitere alternative Ausführung des Verstärkungselementes 4 und Anordnung in der B-Säule 1 besteht darin, dass das obere Ende 4.3 des Verstärkungselementes 4 nicht mit dem oberen Ende 1.1 der B-Säule 1 zusammenfällt, sondern mit einem oberen Ende 4.3' in einem Abstand a zum oberen Ende 1.1 der B-Säule 1 zwischen den beiden Halbschalen 2 und 3 angeordnet ist und sich mit dem unteren Ende 4.4 mit einer Länge L2 über die Brüstungslinie 6 hinaus erstreckt. Auch ein solches Verstärkungselement 4, bei welchem das obere Ende 4.3' beabstandet zum oberen Ende 1.1 der B-Säule 1 angeordnet ist, kann eine Länge L3 aufweisen, so dass dessen unteres Ende 4.4. sich nicht über die Brüstungslinie 6 hinaus erstreckt.
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Das Z-förmigen Verstärkungselement 4 besteht aus einem Mittelabschnitt 4.0, an welchem endseitig rechtwinklig abstehende Befestigungsschenkel 4.1 und 4.2 angeformt sind. Gemäß der Darstellung des Schnittes A-A nach 2 ist das Z-förmige Verstärkungselement 4 derart zwischen den beiden Halbschalen 2 und 3 angeordnet, dass der Mittelabschnitt 4.0 im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) verläuft, während die beiden Befestigungsschenkel 4.1 und 4.2 in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) verlaufen und gleichzeitig eine Flanschverbindung mit den beiden Halbschalen 2 und 3 bilden. Hierzu ist ein Befestigungsschenkel 4.1 unter Bildung einer Flanschverbindung mit der Innenschale 2 kraftschlüssig verbunden, während der andere Befestigungsschenkel 4.2 unter Bildung einer Flanschverbindung mit der B-Säulenverstärkung 3.1 kraftschlüssig und damit auch kraftschlüssig mit der Außenschale 3 verbunden ist. Mit diesem Verstärkungselement 4 wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Innenschale 2 und der Außenschale 3 hergestellt, wodurch eine höhere Beulstabilität, insbesondere der inneren Halbschale 2 erreicht wird.
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Nach 4 weist das Z-förmige Verstärkungselement 4 eine in Fahrzeugquerrichtung gemessene Tiefe T auf, welche im Wesentlichen dem Mittelabschnitt 4.0 entspricht, und eine in Fahrzeuglängsrichtung gemessene Breite B, welche im Wesentlichen den Befestigungsschenkeln 4.1 und 4.2 entspricht, auf. Die in Fahrzeughochrichtung verlaufende Länge L des Verstärkungselementes 4 ist dabei größer als dessen Tiefe T und ist vorzugsweise mindestens 1,5-fach größer als die Tiefe T des Verstärkungselementes 4. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Länge L des Verstärkungselementes 4 3 bis 4-fach größer ist als die Tiefe T des Verstärkungselementes 4. Diese Größenrelationen gelten auch für die oben beschriebenen alternativen Ausführungsformen des Verstärkungselementes 4 mit den Längen L1, L2 und L3.
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Alternativ kann das Verstärkungselement auch als U-förmiges Verstärkungselement 5 entsprechend der Schnittdarstellung nach 3 ausgeführt werden, welches mit einem Mittelabschnitt 5.0 und endseitig an dem Mittelabschnitt 5.0 rechtwinklig abstehenden Befestigungsschenkeln 5.1 und 5.2 ausgebildet ist. Nach 3 verläuft der Mittelabschnitt 5.0 in Fahrzeugquerrichtung, während die beiden Befestigungsschenkel 5.1 und 5.2 in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind und hierbei eine Flanschverbindung mit der Innenschale 2 und der Außenschale 3 bilden. Hierzu ist der Befestigungsabschnitt 5.1 mit der Innenschale 2 kraftschlüssig und der andere Befestigungsschenkel 5.2 kraftschlüssig mit der B-Säulenverstärkung 3.1 und damit auch mit der Außenschale 3 kraftschlüssig verbunden.
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Auch dieses U-förmige Verstärkungselement 5 ist entsprechend des Verstärkungselementes 4 in dem Zwischenraum zwischen der Innenschale 2 und der Außenschale 3 bzw. der B-Säulenverstärkung 3.1 angeordnet, d. h. erstreckt sich ausgehend vom oberen Ende 1.1 der B-Säule 1 bis über die Brüstungslinie 6, weist jedoch eine geringere Länge L im Vergleich zu der Länge der B-Säule 1 auf. Hierbei ist die Länge L des Verstärkungselementes 5 in Fahrzeughochrichtung größer als die Tiefe T des Verstärkungselementes 5, 1,5-fach größer als die Tiefe T. Auch bei einer solchen Ausführung des Verstärkungselementes hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Länge L des Verstärkungselementes 4 3 bis 4-fach größer ist als die Tiefe T des Verstärkungselementes 4.
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Entsprechend den alternativen Ausführungen des Verstärkungselementes 4 mit den Längen L1, L2 L3 und den alternativen Anordnungen desselben zwischen den beiden Halbschalen 2 und 3 lässt sich natürlich auch auf das Verstärkungselement 5 übertragen.
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Auch mit einem solchen U-förmigen Verstärkungselement 5 werden die im Zusammenhang mit dem Z-förmigen Verstärkungselement 4 aufgeführten Vorteile erzielt, nämlich eine höhere Beulstabilität der Innenschale 2, wodurch eine höhere Tragfähigkeit der B-Säule 1 sichergestellt wird.
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In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen B-Säule 1 eine Fahrzeugkarosserie wird die Außenschale 3 von einer B-Säulenverstärkung 3.1 verstärkt. Die B-Säule 1 kann auch ohne eine solche B-Säulenverstärkung 3.1 aufgebaut werden. In diesem Fall wird der Befestigungsschenkel 4.2 des Z-förmigen Verstärkungselementes 4 sowie der Befestigungsschenkel 5.2 des Z-förmigen Verstärkungselementes 5 direkt mit der Außenschale 3 verbunden.
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Die Verbindung der Befestigungsschenkel 4.1 und 4.2 bzw. 5.1 5.2 mit der Innenschale 2 und der Außenschale 3 bzw. der B-Säulenverstärkung 3.1 erfolgt mittels einer Schweiß- oder Klebeverbindung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- B-Säule einer Karosserie
- 1.1
- oberes Ende der B-Säule 1
- 1.2
- unteres Ende der B-Säule 1
- 2
- Innenschale der B-Säule 1
- 3
- Außenschale der B-Säule 1
- 3.1
- B-Säulenverstärkung der Außenschale 3
- 4
- Verstärkungselement der B-Säule 1
- 4.0
- Mittelabschnitt des Z-förmigen Verstärkungselementes 4
- 4.1
- Befestigungsschenkel des Z-förmigen Verstärkungselementes 4
- 4.2
- Befestigungsschenkel des Z-förmigen Verstärkungselementes 4
- 4.3
- oberes Ende des Verstärkungselementes 4
- 4.3'
- oberes Ende des Verstärkungselementes 4
- 4.4
- unteres Ende des Verstärkungselementes 4
- 4.4'
- unteres Ende des Verstärkungselementes 4
- 5
- Verstärkungselement der B-Säule 1
- 5.0
- Mittelabschnitt des U-förmigen Verstärkungselementes 5
- 5.1
- Befestigungsschenkel des U-förmigen Verstärkungselementes 5
- 5.2
- Befestigungsschenkel des U-förmigen Verstärkungselementes 5
- 6
- Brüstungslinie der Karosserie
- L
- Länge des Verstärkungselementes 4, 5
- L1
- Länge des Verstärkungselementes 4, 5
- L2
- Länge des Verstärkungselementes 4, 5
- L3
- Länge des Verstärkungselementes 4, 5
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1630273 A [0003]
- DE 19531957 A1 [0004]
- DE 102004009665 A1 [0006, 0007]
- DE 102014103037 A1 [0006, 0008]
- US 2007/0246970 A1 [0006, 0009]
