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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Querträger für eine Karosserie eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einer Karosserie, aufweisend wenigstens einen solchen Querträger.
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Es ist bekannt, dass Fahrzeuge Karosserien aufweisen, welche mit Querträgern und Längsträgern zur mechanischen Versteifung ausgestattet sind. Insbesondere sind Querträger in der Frontpartie des Fahrzeugs angeordnet, um zum einen Kräfte von der linken auf die rechte Seite und umgekehrt zu verteilen. Zum anderen dienen diese Querträger dazu, frontale Einschläge bei einer Unfallsituation aufzunehmen und durch Deformation des Querträgers zumindest teilweise abzubauen.
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Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen für Querträger ist es, dass die Anforderungen hinsichtlich Konstruktion und mechanischer Stabilität entgegengesetzt gerichtet sind. So ist für die konstruktive Bauweise ein möglichst flacher Querträger in Fahrtrichtung des Fahrzeugs wünschenswert. Um jedoch bei einer zentralen Unfallsituation, dem sogenannten mittigen Pfahlcrash, eine maximale Abbaumöglichkeit von Crashkräften zur Verfügung stellen zu können, ist eine besonders dicke bzw. tiefe Ausbildung des Querträgers notwendig. Diese beiden Anforderungen hinsichtlich Platzbedarf und mechanischer Stabilität einerseits und mechanischer Verformbarkeit und Kraftabbaumöglichkeit andererseits bieten bisher ausschließlich Möglichkeiten hinsichtlich einer Kompromissauslösung. Somit muss immer hinsichtlich des Platzbedarfs und der mechanischen Stabilität ein konstruktiver Kompromiss eingegangen werden, welcher beiden gewünschten Anforderungen in gleichem Maße Rechnung trägt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die mechanische Wirkung eines solchen Querträgers zu verbessern.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Querträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Querträger beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Erfindungsgemäß dient ein Querträger einer Karosserie eines Fahrzeugs. Ein solcher Querträger weist ein Hohlprofil und ein Versteifungsprofil für eine mechanische Versteifung des Hohlprofils auf. Dabei ist das Versteifungsprofil über wenigstens einen Befestigungsabschnitt mit wenigstens einem Gegen-Befestigungsabschnitt des Hohlprofils kraftübertragend verbunden. Der Gegen-Befestigungsabschnitt ist dabei mit Bezug auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs zumindest teilweise auf der Rückseite des Hohlprofils angeordnet.
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Ein erfindungsgemäßer Querträger basiert also auf bekannten Lösungen einer Karosserie eines Fahrzeugs. Er dient insbesondere in der Frontpartie des Fahrzeugs dazu, zwei Längsträger oder weitere Längsträger miteinander in Querrichtung zu verbinden. Die Querrichtung ist dabei die Querrichtung des Fahrzeugs, welche quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Die Fahrtrichtung des Fahrzeugs kann dabei zum Beispiel als x-Achse und die Querrichtung als y-Achse eines fahrzeugfesten Koordinatensystems bezeichnet werden. In Höhenrichtung erstreckt sich bei einem solchen Koordinatensystem dann die z-Achse.
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Erfindungsgemäß kombinieren also Hohlprofil und Versteifungsprofil zusammen den Querträger. Das Hohlprofil dient dazu, sich in Quererstreckung in hohlräumiger Weise zu erstrecken und auf diese Weise das Basisprofil oder den Hauptbestandteil des Querträgers auszubilden. Um eine gewünschte zusätzliche mechanische Versteifung zur Verfügung zu stellen, ist nun das Versteifungsprofil als separates Bauteil vorgesehen. Das Versteifungsprofil dient dabei der mechanischen Versteifung des Hohlprofils. Das Hohlprofil ist insbesondere als geschlossenes oder im Wesentlichen geschlossenes Hohlprofil ausgebildet. Das Versteifungsprofil kann auch als geschlossenes Profil, jedoch vorzugsweise als ein geöffnetes Versteifungsprofil ausgebildet sein.
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Um die Funktionalität der mechanischen Versteifung des Hohlprofils gewährleisten zu können, ist das Versteifungsprofil mit einem Befestigungsabschnitt ausgestattet. Dieser Befestigungsabschnitt ist kraftübertragend mit dem Gegen-Befestigungsabschnitt des Hohlprofils verbunden. Dies erlaubt es, Kraft zwischen dem Gegen-Befestigungsabschnitt und dem Befestigungsabschnitt zu übertragen bzw. auszutauschen. In einer normalen Fahrsituation führt dies dazu, dass Bewegungen der Karosserie bzw. Verwindungen der Karosserie über das Hohlprofil auf das Versteifungsprofil übertragen werden können und umgekehrt. Dabei kann das Hohlprofil alleine an den Längsträgern verbunden sein, wie auch eine Kombination aus Hohlprofil und Versteifungsprofil eine entsprechende Verbindung zu den Längsträgern der Karosserie aufweisen kann. Erfindungsgemäß kann nun die Versteifung in mechanischer Hinsicht durch das Versteifungsprofil in kraftübertragender Weise auf das Hohlprofil aufgebracht werden.
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Um neben der mechanischen Stabilität im normalen Einsatz auch in einer Crashsituation eine verbesserte mechanische Ausbildung des Querträgers gewährleisten zu können, ist der Gegen-Befestigungsabschnitt mit Bezug auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf der Rückseite des Hohlprofils angeordnet. Findet also zum Beispiel ein sogenannter mittiger Pfahlcrash statt, so wird Kraft zentral in den Querträger eingebracht. Die Einbringung dieser Kraft erfolgt durch die Anordnung des Versteifungsprofils auf der Rückseite des Hohlprofils zuerst in das Hohlprofil. Die eingebrachte Kraft kann also zur Verformung des Hohlprofils führen. Die Anordnung des Versteifungsprofils auf der Rückseite des Hohlprofils hat dabei im Wesentlichen zwei Wirkungsmöglichkeiten. Zum einen ist es dadurch möglich, Kraft beim Eindringen des mittigen Pfahlcrashs aus dem Hohlprofil in das Versteifungsprofil zu übertragen. Die gesamte mechanische Stabilität sowie die Verformungscharakteristik des Querträgers werden auf diese Weise verbessert. Auch ist es möglich, in Querrichtung die eingebrachte zentrale Kraft zu verteilen. Dies erlaubt es, eine großflächigere Verformung des Hohlprofils und/oder des Versteifungsprofils auszubilden, als dies beim Eindringen ohne eine Querverteilung über das Versteifungsprofil möglich wäre.
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Mit anderen Worten kann auch ein relativ geringer Einwirkungsbereich eines zentralen Pfahlcrashs zu einer großflächigen Formänderung bzw. plastischen Verformung des Querträgers führen.
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Wie aus der voranstehenden Erläuterung ersichtlich wird, kann nun trotz relativ kompakter Bauweise durch die Kombination eines Hohlprofils mit einem Versteifungsprofil eine gute Verformungssituation bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität gewährleisten werden. Insbesondere bei einem mittigen Pfahlcrash wird dies deutlich, da in einem solchen Fall eine großflächige Verformung trotz kleinem Einwirkungsbereich der Unfallkraft möglich wird.
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Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Querträger das Versteifungsprofil flächig, insbesondere plattenförmig, ausgebildet ist. Eine flächige bzw. plattenförmige Ausgestaltung des Versteifungsprofils dient insbesondere einer flächigen bzw. plattenförmigen Kontaktierung des Befestigungsabschnitts mit dem Gegen-Befestigungsabschnitt. Dies erlaubt eine große Kraftübertragungsfläche zur Verfügung zu stellen, um auf diese Weise auch bei kompakter Bauweise insbesondere auch Zugkräfte in Querrichtung übertragen zu können. Die erfindungsgemäße Kompaktheit wird mit der mechanischen Stabilisierung zusammen auf diese Weise noch weiter verbessert.
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Ein erfindungsgemäßer Querträger lässt sich dahingehend weiterbilden, dass das Versteifungsprofil, insbesondere auf einer von dem Befestigungsabschnitt abgewandten Seite, wenigstens eine Versteifungsrippe aufweist. Diese Versteifungsrippe, zum Beispiel in x-Richtung, kann auch als zwei oder mehr Versteifungsrippen vorgesehen sein. Jede der Versteifungsrippen kann unterschiedlich ausgebildet sein. Es ist jedoch bevorzugt, wenn zumindest zwei oder mehr Versteifungsrippen identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Das Verwenden von Versteifungsrippen erhöht zwar einerseits den Bauraum zum Teil, führt jedoch zu einer deutlichen Verbesserung der mechanischen Stabilität. Außerdem sind solche Versteifungsrippen in der Lage, die Verformbarkeit bzw. die mögliche aufnehmbare Verformungsenergie deutlich zu erhöhen, und damit die erfindungsgemäßen Vorteile noch weiter zu steigern.
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Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn bei einem erfindungsgemäßen Querträger sich die wenigstens eine Versteifungsrippe entlang einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs erstreckt. Dies bedeutet eine Erstreckung entlang der x-Richtung. Insbesondere erstreckt sich die wenigstens eine Versteifungsrippe exakt entlang der Fahrtrichtung. Abweichungen von ±5° von der Fahrtrichtung sind hier denkbar. Selbstverständlich sind insbesondere alle Versteifungsrippen in gleicher oder im Wesentlichen gleicher Ausrichtung an dem Versteifungsprofil angeordnet.
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Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Querträger die wenigstens eine Versteifungsrippe zumindest einen Deformationsabschnitt aufweist für eine gezielte Deformation der wenigstens einen Versteifungsrippe unter mechanischer Belastung. Dieser Deformationsabschnitt kann zum Beispiel durch reduzierten Querschnitt oder reduzierte Materialstärke zur Verfügung gestellt werden. Er dient dazu, einen definierten Verformungsfall zur Verfügung zu stellen. Auch ist es denkbar, dass über den Deformationsabschnitt eine definierte Verformungsrichtung ausgebildet ist. Auf diese Weise kann für eine Crashsituation die Verformungsschwelle wie auch die Verformungsrichtung exakt vorhergesagt bzw. vorgegeben werden.
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Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Querträger der Befestigungsabschnitt und der Gegen-Befestigungsabschnitt miteinander zumindest teilweise formschlüssig verbunden sind. Eine solche formschlüssige Verbindung erlaubt zum Beispiel ein seitliches Einschieben, sodass in Fahrzeuglängsrichtung, also in Fahrtrichtung gesehen, ein entsprechender Formschluss die Kraftübertragung gewährleistet. Ein solcher Formschluss kann zum Beispiel durch das später noch näher erläuterte seitliche Umgreifen gewährleistet werden. Ebenfalls Vorteile bringt ein solcher Formschluss dahingehend mit sich, dass werkzeugarm oder sogar werkzeuglos eine Montage des Versteifungsprofils an dem Hohlprofil möglich ist.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn bei einem erfindungsgemäßen Querträger der Befestigungsabschnitt und der Gegen-Befestigungsabschnitt einander wenigstens abschnittsweise umgreifen. Auch hier lässt sich eine Schiebefunktionalität bzw. eine Schiebeführung zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Gegen-Befestigungsabschnitt gewährleisten. Mit anderen Worten ist hier sozusagen eine seitliche Umklammerung denkbar. Die voranstehend beschriebene formschlüssige Ausgestaltung kann auf diese Weise besonders vorteilhaft zur Verfügung gestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Querträger der Befestigungsabschnitt zumindest teilweise flächig den Gegen-Befestigungsabschnitt kontaktiert. Mit anderen Worten kann auf diese Weise eine doppelte Wandung zur Verfügung gestellt werden. Eine Verstärkung in Querrichtung kann auf diese Weise kostengünstig und einfach erzielt werden. Dabei kann die Kontaktierung reversibel als auch irreversibel befestigt ausgebildet sein. So können beispielsweise hier Klebestellen oder Schweißstellen bzw. auch Nietstellen vorgesehen werden.
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Weitere Vorteile bringt es mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Querträger der Befestigungsabschnitt mit dem Gegen-Befestigungsabschnitt wenigstens in einer Querrichtung zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs zugkraftübertragend verbunden ist. Auf diese Weise wird es möglich, in Querrichtung Zugkräfte zu übertragen. Insbesondere kann zum Beispiel durch das Einsetzen von Klebestellen oder Schweißpunkten, aber auch durch andere mechanische Verbindungen eine solche Zugkraftübertragung gewährleistet werden. Ein Zugausgleich dient der erhöhten mechanischen Stabilisierung, aber auch einer verbesserten Verteilung einer erwünschten definierten Verformung bei einem zentralen Pfahlcrash.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer Karosserie, aufweisend wenigstens einen erfindungsgemäßen Querträger. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen Querträger erläutert worden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
- 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Querträgers bei einem erfindungsgemäßen Fahrzeug,
- 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Querträgers und
- 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Querträgers.
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1 zeigt schematisch eine Möglichkeit eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 100 in der seitlichen Darstellung. Hier ist schematisch auch die Ausrichtung der Fahrtrichtung FR sowie quer dazu die Ausrichtung der Querrichtung QR dargestellt. In diesem schematischen Querschnitt durch die Frontpartie des Fahrzeugs 100 ist der Querträger 10 zu erkennen. Dieser weist hier zwei grundsätzliche Bauteile in Form eines Hohlprofils 20 und eines Versteifungsprofils 30 auf. Das Hohlprofil 20 ist hier als geschlossenes Hohlprofil 20 ausgestaltet und erstreckt sich im Wesentlichen exakt entlang der Querrichtung QR quer zur Fahrtrichtung FR. In Fahrtrichtung FR auf der Rückseite des Hohlprofils 20 gesehen liegt ein Gegen-Befestigungsabschnitt 22. Dieser ist hier flächig, insbesondere eben ausgebildet.
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An dem voranstehend beschriebenen Gegen-Befestigungsabschnitt 22 ist hier ebenfalls flächig kontaktierend der Befestigungsabschnitt 32 des Versteifungsprofils 30 angeordnet. Um hier die Kraftübertragung zu gewährleisten und gleichzeitig die Relativpositionierung einhalten zu können, ist in seitlich umgreifender Weise der Gegen-Befestigungsabschnitt 22 als formschlüssige Ausgestaltung vorgesehen. Wie weiter der Ausführungsform der 1 zu entnehmen ist, sind auf der ebenfalls rückseitig angebrachten Ausrichtung des Versteifungsprofils 30 Versteifungsrippen 34 angebracht. Diese dienen dazu, die mechanische Stabilisierung noch weiter zu verstärken. Im Fall eines frontalen Pfahlcrashs wird nun eine zentrale Verformungskraft in den Querträger 10 eingebracht. Diese führt zu einer Verformung des Hohlprofils 20 im Bereich der Einwirkung eines solchen zentralen Pfahlcrashs. Über die mechanisch stabilisierende Wirkung des Versteifungsprofils 30 lässt sich nun eine Querverteilung dieser eingebrachten Unfallkraft zur Verfügung stellen. Damit kann die tatsächliche Verformungsfläche des Hohlprofils 20 wie auch des Versteifungsprofils 30 deutlich vergrößert werden. Dies erlaubt es, eine größere Verformung und damit einen stärkeren Kraftabbau trotz mechanisch stabilem Querträger 10 zu gewährleisten.
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Die 2 zeigt eine Möglichkeit, die einzelnen Versteifungsrippen 34 exakt entlang der Fahrtrichtung FR auszurichten. Bei dieser Ausgestaltungsform sind alle Versteifungsrippen 34 gleich bzw. im Wesentlichen gleich groß und im Wesentlichen in der gleichen Richtung ausgebildet. Auch konnte hier durch das seitliche Umgreifen zwischen Befestigungsabschnitt 32 und Gegen-Befestigungsabschnitt 22 die Möglichkeit eines seitlichen Einschiebens für das Versteifungsprofil 30 zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise wird ein werkzeugarmes bzw. werkzeugfreies Montieren kostengünstig und einfach möglich.
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Die 3 bildet die Ausführungsform der 2 weiter. Die einzelnen Versteifungsrippen 34 sind hier zusätzlich jeweils mit einem Deformationsabschnitt 36 ausgebildet. Jeder Deformationsabschnitt 36 ist hier eine Materialverschwächung. Dies führt beim Einwirken einer Deformationskraft nun dazu, dass durch eine exakt definierte Deformationsschwelle und mit einer exakt definierten Deformationsrichtung die Versteifungsrippen 34 aus der dargestellten Ausrichtung abknicken und sich plastisch verformen können. Dies führt zu einer definiert vorhersagbaren plastischen Verformungssituation, und insbesondere zu einer definiert vorhersagbaren plastischen Verformungsschwelle .
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Die voranstehende Erläuterung beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
