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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugsäule für eine Karosserie eines Personenkraftwagens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Fahrzeugsäulen für Karosserien von Personenkraftwagen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt (
EP 2 895 381 B1 ). Die jeweilige Fahrzeugsäule weist ein Innenteil und ein Außenteil auf, wobei das Innenteil und das Außenteil auch als Säulenteile bezeichnet werden. Dabei ist das Außenteil mit dem Innenteil verbunden, sodass die Säulenteile zumindest einen Längenbereich der Fahrzeugsäule bilden.
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Aus der
DE 197 13 760 A1 geht eine Fahrzeugkarosserie mit einer sogenannten B-Säule in Blechschalenbauweise hervor, welche ein Säuleninnenteil und ein Säulenaußenteil aufweist, welche zusammengesetzt eine Hohlquerschnitt bilden, in welchem ein als Gußbauteil ausgebildetes, sich über die gesamte Länge der B-Säule erstreckendes Verstärkungselement angeordnet ist, welches die B-Säule insbesondere für den Aufprall von der Seite verstärken soll. Dieses Verstärkungselement ist durch Kleben mit dem Säuleninnenteil verbunden; zusätzlich sind mehrere Schraubverbindungen vorgesehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fahrzeugsäule für eine Karosserie eines Personenkraftwagens zu schaffen, sodass ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten auf gewichtsgünstige Weise realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Fahrzeugsäule mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die als A-Säule ausgebildete Fahrzeugsäule weist ein Innenteil auf, welches auch als erstes Säulenteil bezeichnet wird beziehungsweise ein erstes Säulenteil der Fahrzeugsäule ist. Des Weiteren weist die Fahrzeugsäule ein Außenteil auf, welches ein zweites Säulenteil der Fahrzeugsäule ist beziehungsweise auch als zweites Säulenteil bezeichnet wird. Dabei sind die Säulenteile miteinander verbunden, sodass die Säulenteile zumindest einen Längenbereich der Fahrzeugsäule bilden. Unter dem Merkmal, dass das erste Säulenteil ein Innenteil und das zweite Säulenteil ein Außenteil ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das Innenteil in Kraftwagenquerrichtung weiter innen als das Außenteil angeordnet ist, insbesondere derart, dass das Außenteil in Kraftwagenquerrichtung nach innen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Innenteil überlappt beziehungsweise überdeckt ist. In vollständig hergestelltem Zustand der vorzugsweise als selbsttragende Karosserie ausgebildeten Karosserie ist durch die Fahrzeugsäule eine Türöffnung der Karosserie in Kraftwagenlängsrichtung zumindest teilweise begrenzt, sodass die Fahrzeugsäule auch als Türsäule bezeichnet wird. Beispielsweise ist in vollständig hergestelltem Zustand des Personenkraftwagens eine insbesondere als Seitentür ausgebildete Tür des Personenkraftwagens an der Fahrzeugsäule angeschlagen, insbesondere über wenigstens ein Scharnier, sodass die Tür relativ zu der Fahrzeugsäule verschwenkt werden kann.
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Um nun auf besonders gewichtsgünstige Weise ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Außenteil als ein Gussbauteil, insbesondere als ein Aluminium-Gussbauteil, ausgebildet ist, sodass das Außenteil durch Gießen hergestellt ist. Das Außenteil weist dabei wenigstens einen durch das Gießen hergestellten Schraubdom auf, mit welchem ein separat von den Säulenteilen ausgebildetes Schraubelement, welches eine korrespondierende Durchgangsöffnung des Innenteils durchdringt, direkt verschraubt ist, wodurch die Säulenteile miteinander verschraubt und dadurch miteinander verbunden sind. Ferner sind in Fahrzeugquerrichtung nach innen hin am Außenteil ein Innenteil einer Seitenwand der Karosserie und darauf aufgesetzt eine eine Fahrgastzelle in Kraftwagenlängsrichtung nach vorne hin von einem vorderen Bereich des Personenkraftwagens unterteilende Stirnwand angeordnet, welche mittels des Schraubelements am Außenteil befestigt sind. Das Schraubelement hält also das Fahrzeugsäulen-Außenteil, das Seitenwand-Innenteil sowie die Karosserie-Stirnwand in einem Verbund zusammen, sodass insbesondere bei einer Frontalkollision diese Karosseriestruktur nicht aufgeht und in ihrem Verbund erhalten bleibt.
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Der Schraubdom weist vorzugsweise ein Innengewinde auf, wobei das Schraubelement vorzugsweise ein mit dem Innengewinde korrespondierendes Außengewinde aufweist.
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Dabei ist das Schraubelement beispielsweise über sein Außengewinde direkt in das Innengewinde eingeschraubt und somit direkt mit dem als Gussdom ausgebildeten Schraubdom verschraubt.
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Da der Schraubdom durch das Gießen des Außenteils hergestellt ist, ist der Schraubdom sozusagen an das Außenteil angegossen. Dadurch, dass das Innenteil die Durchgangsöffnung für das Schraubelement aufweist, ist das Innenteil sozusagen perforiert. Hierdurch kann eine form- und/oder kraftschlüssige Schraubverbindung der Säulenteile realisiert werden, wodurch ein besonders gutes Unfallverhalten realisiert werden kann. Insbesondere ist es möglich, form- und/oder kraftschlüssige Schraubverbindungen zwischen unterschiedlichen Ausbaustufen herzustellen, welche im Hinblick auf unfallbedingte Lasten einen besonders hohen Wirkungsgrad besitzen. Insbesondere ist es durch das Perforieren des Innenteils möglich, einen auch als Rohbauverbindungsbereich bezeichneten und beispielsweise den Schraubdom umfassenden Verbindungsbereich des Außenteils im Rahmen einer Herstellung der Karosserie zu erreichen, wobei der Verbindungsbereich bei herkömmlichen, bisherigen Aufbauweisen für normale Fügeverfahren unerreichbar wäre. Die Erfindung ermöglicht somit die Realisierung einer Schraubverbindung zwischen den Säulenteilen in einem bei herkömmlichen Fahrzeugsäulen eigentlich unzugänglichen Bereich. Durch die Verwendung der Schraubverbindung zwischen den Säulenteilen ist es möglich, Toleranzen in Kraftwagenlängsrichtung (x-Richtung), in Kraftwagenhochrichtung (z-Richtung) und/oder in Kraftwagenquerrichtung (y-Achse) auszugleichen. Hierzu wird die Perforierung großzügig ausgestaltet. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Durchgangsöffnung beispielsweise einen Innenumfang, insbesondere einen Innendurchmesser, aufweist, welcher wesentlich größer als ein Außenumfang, insbesondere als ein Außendurchmesser, des Schraubelements ist. Dadurch können beispielsweise die Säulenteile in einem Zustand, in welchem das Schraubelement noch nicht an- beziehungsweise festgezogen ist, bedarfsgerecht relativ zueinander bewegt werden, insbesondere in Kraftwagenlängsrichtung und/oder in Kraftwagenhochrichtung und/oder in Kraftwagenquerrichtung, wodurch Toleranzen ausgeglichen werden können.
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Dabei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn ein Schraubenkopf des als Schraube ausgebildeten Schraubelements direkt an einer dem Außenteil abgewandten Innenseite des Innenteils abgestützt ist. Der Schraubenkopf, welcher auch als Bund bezeichnet wird, wird besonders groß ausgestaltet, sodass ein besonders umfangreicher Toleranzausgleich darstellbar ist und die Säulenteile vorteilhaft miteinander verschraubt werden können.
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Die Schraubverbindung kann in der Lage sein, in Kraftwagenquerrichtung Toleranzen auszugleichen, indem beispielsweise das Gussteil einen Unterstand zu einer Seitenwand beziehungsweise zu dem Innenteil aufweist. Beim Festziehen des Schraubelements wird das Innenteil an beziehungsweise gegen den Schraubdom gezogen, wodurch beispielsweise in Kraftwagenquerrichtung verlaufende Toleranzen kompensiert werden können. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen kann durch die Erfindung ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten realisiert werden, wobei das Gewicht der als A-Säule ausgebildeten Fahrzeugsäule hinreichend gering gehalten werden kann. Insbesondere kann eine robuste Anbindung von unterschiedlichen Aufbaustufen realisiert werden, und das insbesondere mit einem Toleranzausgleich in alle Richtungen, das heißt in Kraftwagenquerrichtung, in Kraftwagenlängsrichtung und in Kraftwagenhochrichtung.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Außenteil zumindest in einem Teilbereich einen an sich offenen Hohlquerschnitt aufweist, welcher zumindest teilweise direkt durch den Schraubdom begrenzt ist. Beispielsweise ist der Hohlquerschnitt des Außenteils an sich in Kraftwagenquerrichtung nach innen hin offen. Der offene Hohlquerschnitt ist durch das Innenteil überlappt beziehungsweise überdeckt und dadurch zu einem geschlossenen Hohlquerschnitt ergänzt.
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Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Innenteil aus einem Stahl gebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass das Innenteil als ein Blechbauteil und/oder als ein tiefgezogenes Bauteil ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer Karosserie eines Personenkraftwagens von innen, wobei in 1 eine als A-Säule ausgebildete Fahrzeugsäule der Karosserie gezeigt ist;
- 2 eine schematische Schnittansicht der Fahrzeugsäule entlang einer in 1 gezeigten Schnittlinie A-A;
- 3 ausschnittsweise eine weitere schematische Perspektivansicht der Karosserie; und
- 4 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Karosserie in einem in 3 mit B bezeichneten Bereich.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht eine auch als Rohbau bezeichnete und als selbsttragende Karosserie ausgebildete Karosserie 10 eines Personenkraftwagens von innen. Dabei ist in 1 eine als A-Säule ausgebildete Fahrzeugsäule 12 der Karosserie 10 erkennbar. Die Fahrzeugsäule 12 ist eine Türsäule, durch welche eine Türöffnung der Karosserie 10 in Kraftwagenlängsrichtung nach vorne hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt ist. In vollständig hergestelltem Zustand des Personenkraftwagens ist an der A-Säule eine in den Figuren nicht dargestellte Seitentür über Scharniere an die A-Säule angeschlagen, sodass die Seitentür relativ zu der Karosserie 10 und somit relativ zu der A-Säule zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung verschwenkt werden kann.
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Die A-Säule gemäß 1 beziehungsweise ein Außenteil 16 derselben erstreckt sich gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Stück weit in Kraftwagenlängsrichtung in Richtung zur Kraftwagenfront. In diesem Abschnitt ist ein Karosserieelement einer oberen Längsträgerebene anbringbar. Bei dem Karosserieelement kann es sich beispielsweise um zumindest einen Teil einer Kotflügelbank handeln. Nach oben hin, das heißt in Kraftwagenhochrichtung ist an die A-Säule ein in 1 teilweise erkennbarer Dachpfosten angebunden, der zumindest abschnittsweise eine nicht dargestellte Frontscheibe/Windschutzscheibe des Personenkraftwagens seitlich einrahmt. Festzuhalten bleibt ferner, dass die A-Säule an ihrem unteren Ende an einen Seitenschweller der Karosserie 10 angebunden ist beziehungsweise gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Teil des Seitenschwellers bildet. Hierzu kann die A-Säule auf den Seitenschweller aufgesetzt sein oder aber zumindest teilweise in diese eingreifen. Diese Anbindungskonzepte sind an sich bekannt, sodass hier nicht näher darauf eingegangen wird.
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2 zeigt in einer schematischen Schnittansicht die A-Säule entlang einer in 1 gezeigten Schnittlinie A-A. Aus 2 ist erkennbar, dass die Fahrzeugsäule 12 ein Innenteil 14 und das separat von dem Innenteil 14 ausgebildete Außenteil 16 aufweist. Das Innenteil 14 und das Außenteil 16 werden zusammenfassend auch als Säulenteile bezeichnet. Zu erkennen ist auch, dass das Innenteil 14 in Kraftwagenquerrichtung (y-Richtung im Kraftwagenkoordinatensystem) weiter innen als das Außenteil 16 angeordnet ist, insbesondere derart, dass das Außenteil 16 in Kraftwagenquerrichtung nach innen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch das Innenteil 14 überlappt beziehungsweise überdeckt ist.
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In 2 ist weiterhin ein Beplankungselement 18 erkennbar, durch welches das Außenteil 16 in Kraftwagenquerrichtung nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, überdeckt und somit verkleidet ist. Das Beplankungselement 18 bildet einen Teil der Außenhaut des Personenkraftwagens. Das Beplankungselement 18 kann Bestandteil der Fahrzeugsäule 12 sein.
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In 2 ist durch einen Pfeil F eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung der Fahrzeugsäule 2 bei einem auch als Frontalcrash bezeichneten Frontalaufprall des Personenkraftwagens veranschaulicht. Es ist erkennbar, dass die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung in Kraftwagenlängsrichtung (x-Richtung im Kraftwagenkoordinatensystem) nach hinten in Richtung des Kraftwagenhecks wirkt, insbesondere in wenigstens einer oder mehreren Verschiebeebenen, in welcher beziehungsweise welchen das Innenteil 14 mit dem Außenteil 16 an jeweiligen Verbindungsstellen S, insbesondere direkt, verbunden ist. Bei den Verbindungsstellen S handelt es sich um Schweißverbindungen oder mechanische Verbindungsstellen, beispielsweise Niet- oder Clinchverbindungen oder dergleichen.
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Herkömmlicherweise ist eine A-Säule in Schalenbauweise, insbesondere in Blechbauweise, gebildet, welche sich dadurch auszeichnet, dass sowohl das Innenteil als auch das Außenteil als Tiefziehbleche ausgebildet sind, welche zumindest hauptsächlich oder ausschließlich an den Verbindungsstellen S in der Verschiebeebene miteinander verbunden sind. Die Säulenteile sind dabei Schalenelemente, die beispielsweise an den Verbindungsstellen, insbesondere durch Punktschweißen beziehungsweise durch Schweißpunkte, miteinander verschweißt und somit miteinander verbunden sind. Bei einem Frontalaufprall beziehungsweise bei einer Frontalkollision werden die Schweißpunkte stark auf Scherung beansprucht. Durch ein Verdrehen der A-Säule beziehungsweise deren Struktur können die Schweißpunkte dann auch auf Zug beansprucht werden und aufknöpfen, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind. Die Blechschalenbauweise ist eine Standardbauweise, welche zwar Scharnierverstärkungen besitzen kann, die einen Querschnitt der A-Säule versteifen soll, jedoch hat ein hierfür vorgesehenes Verstärkungselement üblicherweise keine direkte Anbindung zum Innenteil. Die Schweißpunkte werden dabei insbesondere durch Widerstandspunktschweißen hergestellt. Falls keine entsprechenden Maßnahmen vorgesehen sind, könnte die Struktur bei einem Frontalaufprall versagen.
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Um nun ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten zu realisieren, ist das Außenteil 16 als ein Gussbauteil, insbesondere als ein Aluminium-Gussbauteil, ausgebildet. Dabei weist das Außenteil 16 sogenannte Schraubdome 20 auf, welche im Allgemeinen als im Wesentlichen zylinder- oder konusförmige Vorsprünge ausgebildet sind, in welche die zum Bereitstellen der Verbindung verwendete Schrauben eingeschraubt werden können. Mittels der Schraubdome kann die notwendige Mindestlänge für die Schraubverbindung bereitgestellt werden, ohne das gesamte Bauteil mit der entsprechenden Wandstärke ausgebildet sein muss, was insbesondere hinsichtlich des so reduzierten Gewichts vorteilhaft ist.
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Der jeweilige Schraubdom 20 weist wenigstens eine, insbesondere als Durchgangsöffnung ausgebildete Schrauböffnung 22 aufweist. In der jeweiligen Schrauböffnung 22 ist ein jeweiliges Innengewinde des jeweiligen Schraubdoms 20 angeordnet beziehungsweise ausgebildet oder mittels eines Gewindeschneidwerkzeugs eingeschnitten. Mit dem jeweiligen Schraubdom 20 ist ein jeweiliges, separat von den Säulenteilen ausgebildetes und vorliegend als Schraube ausgebildetes Schraubelement 24 direkt verschraubt, wodurch die Säulenteile 14, 16 miteinander verschraubt und dadurch miteinander verbunden sind.
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Das jeweilige Schraubelement 24 weist einen Schraubenschaft 26 auf, welcher ein mit dem Innengewinde des jeweiligen Schraubdoms korrespondierendes Außengewinde aufweist. Außerdem weist das jeweilige Schraubelement 24 einen insbesondere einstückig mit dem jeweiligen Schraubenschaft 26 ausgebildeten und auch als Bund bezeichneten Schraubenkopf 28 auf, welcher an einer dem jeweiligen Schraubdom 20 abgewandten und somit in Kraftwagenquerrichtung nach innen weisenden Innenseite 30 des Innenteils 14 direkt abgestützt ist.
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Da das Außenteil 16 als ein Gussbauteil ausgebildet ist, verfügt es im Gegensatz zu einer herkömmlichen Schalen- beziehungsweise Stahlbauweise über die Möglichkeit, die Schraubdome 20 zu integrieren. Durch die Schraubdome 20 in Verbindung mit den Schraubelementen 24 können die Verbindungsstellen S in der Verschiebeebene bei einem Frontalaufprall beziehungsweise bei einer Frontalkollision unterstützt beziehungsweise entlastet werden, sodass ein unerwünschtes Versagen der A-Säule beziehungsweise deren Struktur vermieden werden kann.
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Das Außengewinde beziehungsweise Innengewinde ist beispielsweise ein M8- oder ein M10-Gewinde oder ein anderes Gewinde. Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Säulenteile 14, 16 an der jeweiligen Verbindungsstelle S mittels wenigstens eines Halbhohlstanzniets miteinander verbunden sind. Dies bedeutet, dass an der jeweiligen Verbindungsstelle S anstelle eines Schweißpunkts ein Halbhohlstanzniet gesetzt ist. Ein besonderer Vorteil ist, dass die Schraubdome 20 eine besonders vorteilhafte Abstützungsmöglichkeit gewährleisten, insbesondere in Kraftwagenquerrichtung nach außen.
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Das Außenteil 16 weist zumindest in einem Teilbereich T einen an sich offenen Hohlquerschnitt 32 auf, welcher vorliegend in Kraftwagenquerrichtung nach innen hin offen ist. Der Hohlquerschnitt 32 ist zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in Kraftwagenquerrichtung nach innen hin durch das Innenteil 14 überdeckt und somit zu einem geschlossenen Hohlquerschnitt der Fahrzeugsäule 12 insgesamt ergänzt. Das Innenteil 14 ist vorzugsweise aus einem Stahl gebildet. Insbesondere ist es denkbar, dass das Innenteil 14 als ein Blechbauteil und/oder als ein tiefgezogenes Bauteil ausgebildet ist.
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In Zusammenschau mit 3 und 4 ist erkennbar, dass sich die Schraubdome 20 des als Aluminium-Gussbauteil ausgebildeten Außenteils 16 in unterschiedlichen Formen gestalten lassen. Bei dem in 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schrauböffnung 22 des Schraubdoms 20 nicht als Durchgangsöffnung, sondern als Sackloch ausgebildet. Eine Aufbaulogik der Karosserie 10 sieht beispielsweise vor, dass zunächst ein Vorbau-Hauptboden und ein Heckwagen der Karosserie 10 bereitgestellt werden. Der Vorbau-Hauptboden umfasst beispielsweise eine in 4 erkennbare Stirnwand 31, durch welche beispielsweise die Fahrgastzelle in Kraftwagenlängsrichtung nach vorne hin von einem vorderen Bereich unterteilt ist. Der vordere Bereich ist beispielsweise ein Motorraum, in welchem ein Antriebsmotor zum Antreiben des Personenkraftwagens angeordnet sein kann. In 4 ist auch ein Innenteil 33 einer Seitenwand der Karosserie 10 erkennbar, wobei das Innenteil 33 insbesondere in Kraftwagenquerrichtung nach außen hin auf die Stirnwand 31 beziehungsweise auf den Vorbau-Hauptboden folgt. Darauf folgt, insbesondere in Kraftwagenquerrichtung nach außen hin, das Außenteil 16, welches beispielsweise ein Außenteil der Seitenwand ist. Der Vorbau-Hauptboden mit dem Heckwagen, das Innenteil 33 und das Außenteil 16 sind drei Aufbaustufen, die herkömmlicherweise aufgrund einer einseitigen Zugänglichkeit nicht alle miteinander verbunden werden können. Aufgrund der nun vorgesehenen Aluminium-Gussgestaltung, insbesondere des Außenteils 16, in Kombination mit dem Einsatz der Schraubelemente 24, können nun jedoch diese drei Aufbaustufen miteinander verbunden werden, insbesondere derart, dass das Innenteil 33 in Kraftwagenquerrichtung zwischen der Stirnwand 31 und dem Außenteil 16 angeordnet ist. Dabei durchdringt das Schraubelement 24, insbesondere der Schraubenschaft 26, jeweilige Durchgangsöffnungen 34 der Stirnwand 31 und des Innenteils 33. Der Einsatz der Schraubelemente 24, insbesondere in einem vorderen Bereich der A-Säule bewirkt, dass die Struktur speziell bei Frontalkollisionen nicht aufgeht und in ihrem Verbund erhalten bleibt. Hierdurch kann ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten dargestellt werden.
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Aus 2 ist erkennbar, dass das Schraubelement 24, insbesondere der Schraubenschaft 26, eine korrespondierende Durchgangsöffnung 36 des Innenteils 14 durchdringt. Die Durchgangsöffnungen 34 und 36 sind im Hinblick auf ihren Innenumfang beziehungsweise Innendurchmesser solch große Löcher, dass Toleranzen besonders gut ausgeglichen werden können. Dabei ist der jeweilige Bund des jeweiligen Schraubelements 24 hinreichend groß ausgebildet, um an der Innenseite 30 abgestützt zu werden und somit das Innenteil 14 beziehungsweise die Stirnwand 31 zumindest mittelbar, insbesondere direkt, gegen das Außenteil 16, zu spannen. Es wurde gefunden, dass durch den Einsatz von Schrauben im Karosseriebereich und speziell im Bereich der A-Säule auf gewichtsgünstige Weise erhebliche Strukturverbesserungen realisiert werden können im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen.
