-
Die Erfindung betrifft eine Karosseriestruktur für ein zweispuriges Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Die B-Säule eines solchen Fahrzeugs erstreckt sich im Wesentlichen in vertikaler Richtung zwischen dem einen Dach-Längsträger und einem bodenseitigen Schweller des Fahrzeugs. Die B-Säule dient einerseits der Versteifung der seitlichen Fahrzeugkarosserie und andererseits zur Aufnahme von Bauteilen, wie etwa einem Gurtretraktor oder dergleichen. Zudem begrenzt die B-Säule einen vorderen Einstieg und gegebenenfalls einen hinteren Einstieg des Fahrzeugs. Zur Erhöhung der Seitenaufprallfestigkeit im Seitencrashfall kann in der B-Säule ein Verstärkungselement integriert sein, das einer unfallbedingten Deformation der B-Säule in den Fahrzeuginnenraum hinein entgegenwirkt. Bei übermäßig großen Seitenaufprallkräften besteht jedoch das Risiko, dass es trotz des Verstärkungselementes zu einem unkontrollierten Ausknicken der Karosseriesäule in den Fahrzeuginnenraum hinein kommen kann.
-
Aus der
DE 10 2014 201 198 B3 ist eine gattungsgemäße Karosseriestruktur bekannt, bei der ein Verstärkungselement der B-Säule einen am Dach-Längsträger angebundenen Kopfabschnitt, einen am Schweller angebundenen Fußabschnitt sowie einen sich dazwischen erstreckenden mittleren Säulenabschnitt aufweist. Das Verstärkungselement weist am Übergang zwischen dem mittleren Säulenabschnitt und dem Fußabschnitt eine Soll-Deformationsstelle auf, an der im Seitencrashfall eine Deformation der Karosseriesäule einleitbar ist. Das Verstärkungselement ist im mittleren Säulenabschnitt mit einer U-Profilierung versehen, und zwar mit einem in der Fahrzeugquerrichtung fahrzeugäußeren Profilboden sowie mit davon in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeuginnen abragenden Seitenflanken. Diese sind im Zusammenbauzustand mit Innen- und Außenblechen des Säulen-Hohlträgers verbunden.
-
In der
DE 10 2014 201 198 B3 kann es im Crashfall an der Soll-Deformationsstelle des Verstärkungselementes zu Kantenrissen an den Verstärkungselement-Außenkanten kommen, die das Crashverhalten des Verstärkungselementes beeinträchtigen können. Derartige Kantenrisse entstehen, wenn im Seitencrashfall die Außenkanten des Verstärkungselementes mit zu hohen Zugspannungen beaufschlagt werden.
-
DE 102013 215 793 A1 ,
US 8 678 481 B2 und
JP 2012 -
116 421 A zeigen jeweils einen B-Säulenfuß einer Kraftfahrzeugkarosserie, welcher beim Seitencrash energieverzehrend einknicken und nicht vom Schwellerfuß abreißen soll.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriestruktur, insbesondere eine B-Säule, eines Fahrzeuges bereitzustellen, die im Seitencrashfall ein einwandfreies Deformationsverhalten aufweist, um Ausknicken der Karosseriesäule in den Fahrzeuginnenraum hinein auf Höhe des Fahrzeuginsassen zu vermeiden.
-
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
-
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist der mittlere Säulenabschnitt des Verstärkungselementes an der Soll-Deformationsstelle mit einem Zugbandsegment ausgebildet, an dem die Seitenflanken des mittleren Säulenabschnittes nicht mehr auf einer Schweller-Oberseite abgestützt sind, sondern vielmehr gegenüber der Schweller-Oberseite anbindungsfrei sind. Auf diese Weise ergibt sich ein freier Verformungsraum zwischen dem Zugbandsegment des mittleren Säulenabschnittes und der Schweller-Oberseite. Im Seitencrashfall wird das Verstärkungselement - unter zumindest teilweisem Aufbrauch des Verformungsraums - in der Fahrzeugquerrichtung nach fahrzeuginnen deformiert. Durch Bereitstellung des freien Verformungsraumes wird ein im Vergleich zum obigen Stand der Technik wesentlich definierteres Verformungsverhalten sowie eine gleichmäßige, faltenfreie Deformation an der Soll-Deformationsstelle erreicht, ohne dass der mittlere Säulenabschnitt übermäßig beansprucht wird.
-
Mit der Erfindung ergibt sich eine Fuß-Kontur des Verstärkungselementes, welche in der technischen Umsetzung schmaler gestaltet sein kann gegenüber dem Stand der Technik. Bevorzugt ist es, wenn die Breite des B-Säulen-Fußes die maximale Breite des Bauteiles nicht übersteigt. In einer technischen Realisierung kann das Verstärkungselement auf der Bauteilplatine in gleicher Orientierung nebeneinander angeordnet werden. Im Hinblick auf die Herstellbarkeit erlaubt die Erfindung einen gegenüber dem Stand der Technik deutlich wirtschaftlicheren Einsatz von Blechplatinen mit nicht materialeinheitlichen Blechdicken oder Werkstoffg üten.
-
Ein weiterer Kerngedanke der Erfindung besteht darin, die Kontur des B-Säulen-Fußes so zu gestalten, dass bei einer Seitencrash-Belastung auf Zug eine ebene Fläche als „Abwicklung“ der Kontur entsteht. Mit der erfindungsgemäßen Kontur ist der sich im Crashfall durch den bauteilinnere Profilboden ergebende innere Lastpfad kürzer als der entlang der Außenkanten des Zugbandsegmentes geführte Lastpfad.
-
In einer technischen Umsetzung können im Zugbandsegment des mittleren Säulenabschnittes die Seitenflanken des Verstärkungselementes zudem auch anbindungsfrei gegenüber den Innen- und Außenblechen des Hohlträgers sein, um das Verformungsverhalten des Verstärkungselementes im Bereich seiner Deformationsstelle nicht zu beeinträchtigen. Das Zugbandsegment des mittleren Säulenabschnittes kann in der Fahrzeughochrichtung nach unten materialeinheitlich und einstückig in den Fußabschnitt übergehen, um im Crashfall eine einwandfreie Kraftüberleitung zu gewährleisten. Der Fußabschnitt kann besonders bevorzugt ausschließlich an einer fahrzeugäußeren Seitenwand des Schwellers an einer Fügestelle angebunden sein, während der Fußabschnitt gegenüber der oben erwähnten Schweller-Oberseite anbindungsfrei ist. In einer technischen Realisierung kann der Fußabschnitt ein vertikaler, flächiger Außenschenkel sein, der sich in etwa flächenbündig an das Zugbandsegment des mittleren Säulenabschnittes anschließt.
-
Im Hinblick auf ein definiertes Verformungsverhalten ist es bevorzugt, wenn am Übergang zwischen dem Zugbandsegment des mittleren Säulenabschnittes und dem Fußabschnitt eine zur Fahrzeuglängsrichtung fluchtend ausgerichtete Biegeachse definiert ist. Im Seitencrashfall wird der mittlere Säulenabschnitt durch Biegung um die Biegeachse gegenüber den Fußabschnitt geschwenkt.
-
Zur weiteren Unterstützung des Deformationsverhaltens kann die Flankenhöhe der Verstärkungselement-Seitenflanken im Zugbandsegment in Richtung auf den Fußabschnitt reduziert werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Flankenhöhe der Seitenflanken am Übergang zwischen dem Zugbandsegment und dem Fußabschnitt bis auf Null reduziert ist, um die oben erwähnte Biegeachse zu bilden. Auf diese Weise ergibt sich am Übergang zwischen dem Zugbandsegment und dem Fußabschnitt ein flaches Bauteil-Profil, das im Seitencrashfall wie ein Filmscharnier wirkt, bei dem sich der mittlere Säulenabschnitt weitgehend beschädigungsfrei gegenüber dem unteren Fußabschnitt verbiegen kann.
-
Die obige Bauteilgeometrie des Verstärkungselementes im Bereich der Soll-Deformationsstelle ergibt ein Kantenverlauf der Außenkanten der Seitenflanken im Zugbandsegment, der im Seitencrashfall zu einer günstigen Zugspannungsverteilung im Verstärkungselement führt: So ist in der obigen Bauteil-Geometrie die Länge des vom bauteilinneren Profilboden bereitgestellten Lastpfads kürzer als die Länge des an den Außenkanten des Zugbandsegmentes bereitgestellten Lastpfads. Im Seitencrashfall ergibt sich somit eine Zugspannungsverteilung im Verstärkungselement, bei der die Außenkanten der Seitenflanken weitgehend lastfrei sind, während die Hauptlast über den bauteilinneren Profilboden des Verstärkungselementes geleitet wird. Auf diese Weise ist ein crashbedingter Kantenriss an den Außenkanten weitgehend verhindert.
-
Bevorzugt ist es, wenn der Fußabschnitt in der Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und nach hinten mit Bezug auf den Profilboden des mittleren Säulenabschnittes mit einem freien Überstand ausgeweitet ist. Hierbei ist es von Bedeutung, dass jeder Überstand nach fahrzeugoben mit einer freien oberen Beschnittkante abschließt, das heißt ohne direkte Anbindung an die Seitenflanken des mittleren Säulenabschnittes ist, wodurch eine einwandfreie crashbedingte Biegung um die oben erwähnte Biegeachse ermöglicht wird.
-
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
-
Es zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht ein Fahrzeug mit teilweisem Aufriss;
- 2 in einer perspektivischen Detailansicht den Übergang einer B-Säule in den bodenseitigen Schweller der Karosseriestruktur des Fahrzeugs;
- 3 in einer Teilansicht den Übergang vom Fußabschnitt in den mittleren Säulenabschnitt des Verstärkungselementes; und
- 4 in einer Ansicht entsprechend der 3 die Blechteilanordnung in einem Seitencrashfall.
-
In der 1 ist ein Fahrzeug gezeigt, bei dem in der Fahrzeuglängsrichtung x im mittleren Fahrzeugbereich in einem teilweisen Aufriss die Seitenwandbaugruppe einer Rohbaukarosserie hervorgehoben ist. Die Rohbaukarosserie weist einen nicht dargestellten unteren Fahrzeuglängsträger auf, der im Bereich der Fahrgastzelle in einen seitlichen Schweller 1 übergeht. Die B-Säule 3 der Seitenwandbaugruppe ist in der Fahrzeuglängsrichtung x hinter einer A-Säule 5 angeordnet und verbindet in einer Fahrzeughochrichtung z den Bodenschweller 1 mit einem Dach-Längsträger 7 eines Dachrahmens der Fahrzeugkarosserie.
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 aus schalenförmigen Innen- und Außenblechen 23, 21 ausgeführt, wie es in der 1 oder 2 angedeutet ist. Mit Hilfe eines im Hohlträger 9 integrierten, zum Beispiel aus warmumgeformtem Stahl hergestellten Verstärkungselementes 11 wird im Seitencrashfall die Seitenaufprallfestigkeit der B-Säule 3 erhöht.
-
Gemäß der 1 weist das Verstärkungselement 11 einen am Dach-Längsträger 7 bauteilsteif angebundenen Kopfabschnitt 13, einen am Schweller 1 angebundenen Fußabschnitt 15 sowie einen sich dazwischen in der Fahrzeughochrichtung z erstreckenden mittleren Säulenabschnitt 17 auf. Im Gegensatz zur bauteilsteifen Anbindung am Dach-Längsträger 7 ist im unteren Bereich der B-Säule 3 eine Soll-Deformationsstelle 19 (nur in der 2 und 3 gezeigt) vorgesehen, deren Aufbau und Wirkungsweise im Seitencrashfall nachfolgend beschrieben wird. Im Seitencrashfall wird in die Soll-Deformationsstelle 19 eine Deformation der B-Säule 3 in der Fahrzeugquerrichtung y nach fahrzeuginnen initiiert.
-
In der 2 ist in einer Detailansicht der Übergang vom mittleren Säulenabschnitt 17 in den Fußabschnitt 15 des Verstärkungselementes 11 dargestellt sowie die Anbindung des Fußabschnittes 15 am Schweller 1 gezeigt. Gemäß der 2 ist der Hohlträger 9 der B-Säule 3 durch ein in der 2 nur gestrichelt dargestelltes schalenförmiges Außenblech 21 und durch ein ebenfalls gestrichelt angedeutetes schalenförmiges Innenblech 23 aufgebaut. Die Befestigungsflansche 25 der Innen- und Außenbleche 21, 23 sind unter Zwischenlage eines Befestigungsflansches 27 des Verstärkungselementes 11 miteinander verschweißt. In der 2 ist das Verstärkungselement 11 in seinem mittleren Säulenabschnitt 17 in etwa U-profilförmig ausgebildet, und zwar mit einem in der Fahrzeugquerrichtung y äußeren Profilboden 29 sowie mit in der Fahrzeugquerrichtung y an Übergangskanten 31 nach innen abragenden Seitenflanken 33. Die beiden Seitenflanken 33 sind an freien Randkanten 35 mit den bereits erwähnten Befestigungsflanschen 27 abgewinkelt. Der U-profilförmige Säulenabschnitt 17 des Verstärkungselementes 11 ist dabei in etwa mit dem ebenfalls U-förmigen Außenblech 21 konturangepasst.
-
Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist der mittlere Säulenabschnitt 17 des Verstärkungselementes 11 an der Deformationsstelle 19 mit einem Zugbandsegment 37 ausgebildet, an dem die Seitenflanken 33 des Verstärkungselementes 11 anbindungsfrei gegenüber einer Schweller-Oberseite 39 sind. Im Unterschied zum obigen Stand der Technik ist somit erfindungsgemäß das Verstärkungselement 11 nicht mehr auf der Schweller-Oberseite 39 abgestützt, sondern wird vielmehr zwischen dem Zugbandsegment 37 und der Schweller-Oberseite 39 ein freier Verformungsraum 36 gebildet, dessen Wirkungsweise später anhand der 3 und 4 erläutert ist. Zudem sind im Bereich des Zugbandsegments 37 des mittleren Säulenabschnittes 17 die Seitenflanken 33 des Verstärkungselementes 11 auch anbindungsfrei gegenüber den Innen- und Außenblechen 21, 23 des Hohlträgers 9.
-
Der Zugbandsegment 37 des mittleren Säulenabschnittes 17 geht in der Fahrzeughochrichtung z nach unten flächenbündig in den Fußabschnitt 15 über, der in der 2 als ein vertikaler flächiger Außenschenkel realisiert ist. Wie bereits oben erwähnt, ist es erfindungsgemäß von Bedeutung, dass der Fußabschnitt 15 ausschließlich an die fahrzeugäußere Seitenwand 45 des Schwellers 1 an einer Punktschweißstelle F angebunden ist, jedoch vollständig anbindungsfrei gegenüber der Schweller-Oberseite 39 ist.
-
Im Zugbandsegment 37 des mittleren Säulenabschnittes 17 ist die in der 2 eingezeichnete Flankenhöhe h der Seitenflanken 33 in Richtung auf den Fußabschnitt 15 kontinuierlich reduziert. Die Flankenhöhe h der Seitenflanken 33 ist dabei speziell am Übergang zwischen dem Zugbandsegment 37 und dem Fußabschnitt 15 bis auf Null reduziert, wodurch sich im Verstärkungselement 11 ein flacher Profilbereich ausbildet, der im Seitencrashfall wie ein Filmscharnier wirkt, bei dem sich der mittlere Säulenabschnitt 17 um eine Biegeachse B ( 2, 3 oder 4) weitgehend beschädigungsfrei gegenüber dem unteren Fußabschnitt 15 verbiegt.
-
In der in der 2 gezeigten Bauteilgeometrie ergibt sich ein Kantenverlauf der Außenkanten 43 der Seitenflanken 33 im Zugbandsegment 37, der im Seitencrashfall zu einer crashgünstigen Zugspannungsverteilung im Verstärkungselement 11 führt. Demzufolge ergibt sich aus den geometrischen Gegebenheiten im Verstärkungselement 11 ein in der 2 eingezeichneter Lastpfad Li (eine innere Faser in etwa im Bereich der freien Randkante 35), dessen Länge kürzer ist als ein die Länge eines an den Außenkanten 43 des Zugbandsegmentes 37 bereitgestellten Lastpfades La (einer äußere Faser).
-
Bevorzugt ist es, wenn die Länge der inneren Faser (Lastpfad Li ) eine kürzere Verbindung zwischen dem fahrzeuginneren oberen Befestigungsflansch 27 auf die fahrzeugäußere Schweller-Seitenwand 45 darstellt als die Länge der äußeren Faser (Lastpfad La). Besonders bevorzugt ist es, wenn diese Längendifferenz aus der Abwicklung der 3-dimensionalen Kontur des Zugbandsegmentes 37 dargestellt wird.
-
Der in der 2 gezeigte Fußabschnitt 15 ist in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne und nach hinten jeweils mit einem Überstand 43 ausgeweitet. Im Hinblick auf ein einwandfreies Crashverhalten der Deformationsstelle 19 des Verstärkungselementes 11 ist es von Bedeutung, dass der vordere und hintere Überstand 43 des Fußabschnittes 15 - im Gegensatz zum oben genannten Stand der Technik - nach fahrzeugoben mit jeweils einer freien oberen Beschnittkante 46 abschließt, das heißt ohne unmittelbare Anbindung an die Seitenflanken 33 ist. Auf diese Weise wird eine einwandfreie crashbedingte Biegung des Verstärkungselementes 11 um die Biegeachse B ermöglicht.
-
In der 3 ist in einer Seitenansicht ein Zusammenbauzustand gezeigt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 3 lediglich das Verstärkungselement 11, das Innenblech 23 und der Schweller 1 gezeigt. In dem dargestellten Zusammenbauzustand ist das Verstärkungselement am unteren Fußabschnitt 15 an der äußeren Seitenwand 45 des bodenseitigen Schwellers 1 an der Fügestelle F angeschweißt. Zwischen den Außenkanten 41 der sich in der Flankenhöhe h reduzierenden Seitenflanken 33 und der Schweller-Oberseite 39 ist der freie Verformungsraum 36 begrenzt.
-
Die in den 2 oder 3 gezeigte Kontur des B-Säulen-Fußes ist so gestaltet, dass bei einer Seitencrash-Belastung auf Zug eine ebene Fläche als „Abwicklung“ der Kontur entsteht, wie es in der 4 angedeutet ist. Ein Kern der Erfindung besteht darin, dass mit der erfindungsgemäßen Kontur der im Crashfall durch den bauteilinneren Profilboden 29 geführte Lastpfad Li kürzer ist als der entlang der Außenkanten 43 des Zugbandsegmentes 37 geführte Lastpfad La.
-
Im Seitencrashfall (4) ergibt sich somit das folgende Deformationsverhalten des Verstärkungselementes 11: So wird bei der Beaufschlagung von Aufprallkräften FA der mittlere Säulenabschnitt 17 im unteren Bereich an der Deformationsstelle 19 um einen Deformationsweg nach fahrzeuginnen verlagert. Der Zugbandsegment 37 des mittleren Säulenabschnittes 17 wird dabei um die Biegeachse B nach fahrzeuginnen geschwenkt, und zwar in den freien Verformungsraum 36 hinein. Zudem wird durch die fahrzeugäußere Anbindung des Verstärkungselementes 11 am bodenseitigen Schweller 1 ein Torsionsmoment auf den bodenseitigen Schweller 1 aufgebracht, wodurch dieser unter weiterem Abbau von Crashenergie rotiert, wobei dessen Profil jedoch weitgehend aufrechterhalten bleibt. Wie oben erwähnt, wird im Crashverlauf die Hauptlast über den inneren Lastpfad Li geleitet, während der äußere Lastpfad La weitgehend lastfrei verbleibt, so dass ein Kantenriss an den Außenkanten 41 vermieden wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schweller
- 3
- Karosseriesäule
- 5
- A-Säule
- 7
- Dach-Längsträger
- 9
- Hohlträger
- 11
- Verstärkungselement
- 13
- Kopfabschnitt
- 15
- Fußabschnitt
- 17
- mittlerer Säulenabschnitt
- 19
- Soll-Deformationsstelle
- 21
- Außenblech
- 23
- Innenblech
- 25
- Befestigungsflansche der Innen- und Außenbleche
- 27
- Befestigungsflansch des Verstärkungselementes
- 29
- Profilboden
- 31
- Übergangskante
- 33
- Seitenflanken
- 35
- Randkanten
- 36
- freier Verformungsraum
- 37
- Zugbandsegment
- 39
- Schweller-Oberseite
- 41
- Außenkante
- 43
- Überstand
- 45
- fahrzeugäußere Seitenwand
- 46
- freie obere Beschnittkante
- h
- Flankenhöhe
- FA
- Aufprallkräfte
- Li
- äußerer Lastpfad
- Li
- innerer Lastpfad
