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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug verstärktem Schweller, wobei der Schweller ein Profil mit einem geschlossen Querschnitt umfasst und das Profil eine Profilwand zur Innenseite und eine Profilwand zur Außenseite des Fahrzeugs aufweist und das Profil mit mindestens einer wellenförmigen Verstärkung in y-Achse des Fahrzeugs verstärkt ist, wobei sich die Wellen der wellenförmigen Verstärkung in x-Achse des Fahrzeugs erstreckt und die Höhenerstreckung der Wellen der wellenförmigen Verstärkung in z-Achse des Fahrzeugs verlaufen.
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Bei hohen lokalen, lateralen Belastungen, wie zum Beispiel beim seitlichen Pfahlaufprall, und einem geringen zulässigen Deformationsbereich zum Schutz von Insassen oder Fahrzeugkomponenten muss eine Verstärkung biegesteif sein und die lokalen Kräfte auf die dahinterliegende Stützstruktur verteilen. Dabei dürfen die Belastungen auf die Stützstruktur, wie zum Beispiel die in y-Achse des Fahrzeugs angeordneten Sitzquerträger, nicht zu hoch sein, um ein Kollabieren derselben zu vermeiden. Bereits bekannte Lösungen mit wellenförmigen Querstrukturen erfüllen die Anforderung hoher Biegesteifigkeit, vgl. beispielsweise die Offenlegungsschriften
JP 2008-100548 A und
DE 10 2005 044 820 A1 , belasten allerdings die Stützstruktur lokal.
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Mit steigender zu erzielender Reichweite von E-Mobilen und damit verbunden die Verwendung von entsprechend großen Akkumulatoren, welche zum Antrieb der Elektromotoren erforderlich sind, werden auch diese in meisten Fällen im Bodenbereich zwischen den Schwellern am Fahrzeug montiert.
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Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Fahrzeug mit einem verstärkten Schweller bereitrustellen, welcher beim seitlichen Pfahlaufprall die Crashlasten absorbieren kann, ohne die hinter dem Schweller angeordnete Stützstruktur im Wesentlichen lokal zu überlasten.
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Gelöst wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Um eine gleichmäßige Verteilung der Crashlasten beim seitlichen Pfahlaufprall zu erreichen und ohne die Stützstruktur im Wesentlichen lokal zu überlasten, erstreckt sich die wellenförmige Verstärkung in y-Achse des Fahrzeugs nicht vollständig zwischen den Profilwänden, so dass in der Ebene der wellenförmigen Verstärkung innerhalb des Querschnitts des Profils hin zur Profilwand der Innenseite ein Freiraum vorhanden ist, welcher eine Erstreckung in y-Achse des Fahrzeugs aufweist, welche mindestens 15 % des Abstandes zwischen den Profilwänden beträgt.
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Da sich die wellenförmige Verstärkung mit anderen Worten nicht über die komplette Breite des Schwellers Profilquerschnitts des W, entsteht an der der Last abgewandten Seite ein Freiraum, welcher als Deformationsraum fungiert und dadurch im Crashfall des seitlichen Pfahlaufpralls die nur sehr schwer deformierbare und steife wellenförmige Verstärkung in den Freiraum ausweichen kann, ohne in die dahinterliegende Stützstruktur lokal zu intrudieren.
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Der Schweller, jeweils links und rechts am Fahrzeug angeordnet, verläuft in x-Achse des Fahrzeugs zwischen den beiden Achsen unterhalb der Tür(en) im Wesentlichen in der Ebene des Fahrzeugbodens und ist in der Regel als Profil mit geschlossenem Querschnitt ausgebildet. Der Schweller kann aus einem, ist in der Regel aber aus mehreren Teilprofilen zusammengesetzt.
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Die Erstreckung des vorhandenen Freiraums in y-Achse des Fahrzeugs kann insbesondere mindestens 20 % oder mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 30 % oder mindestens 35 %, bevorzugt mindestens 40 % oder mindestens 45 %, weiter bevorzugt mindestens 50 % oder mindestens 55% des Abstandes zwischen den Profilwänden betragen. Heißt im Umkehrschluss, dass mit Zunahme des Freiraums die Dimensionierung und damit verbunden die Erstreckung der wellenförmigen Verstärkung in y-Achse des Fahrzeugs reduziert werden kann.
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Je nach Auslegung der wellenförmigen Verstärkung können die in x-Achse des Fahrzeugs verlaufenden (mehreren) Wellen hinsichtlich ihrer Periodizität vergrößert bzw. verkleinert werden. Auch die Höhenerstreckung der Wellen in z-Achse des Fahrzeugs können je nach Anforderung vergrößert bzw. verkleinert werden.
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Auch kann die wellenförmige Verstärkung in x-Achse, in y-Achse und/oder in z-Achse des Fahrzeugs variabel gestaltet werden, so dass beispielsweise im Bereich der angeordneten B-Säule, oder auch (B-) Säulenfuß genannt, ein anderer, beispielsweise höherer Widerstand im Vergleich zu den anderen Bereichen entlang der x-Achse des Fahrzeugs betrachtet, über die Form/Dimensionierung der Wellen einstellbar ist.
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Die wellenförmige Verstärkung kann, muss aber nicht den Querschnitt des Profils des Schwellers vollständig in z-Achse des Fahrzeugs ausfüllen. Somit kann die wellenförmige Verstärkung nur einen Teilbereich des Querschnitts des Profils des Schwellers in z-Achse des Fahrzeugs einnehmen, wobei die Anordnung in der z-Achse belastungsgerecht bzw. optimal, beispielsweise ermittelt mittels Simulation, ausgelegt werden kann.
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Die wellenförmige Verstärkung ist an der Profilwand zur Außenseite des Fahrzeugs angeordnet, und vorzugsweise mit dieser verbunden. Die Erstreckung der wellenförmigen Verstärkung in y-Achse des Fahrzeugs beträgt maximal 85 %, insbesondere maximal 80 % oder maximal 75%, vorzugsweise maximal 70 % oder maximal 65 %, bevorzugt maximal 60 % oder maximal 55 %, weiter bevorzugt maximal 50 % oder maximal 45% des Abstandes zwischen den Profilwänden.
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Die wellenförmige Verstärkung ist in ihrer einfachsten Ausführung ein Wellenblech. Der Verlauf der (mehreren) Wellen im Schnitt betrachtet kann in der einfachsten Ausführung einen sinusförmigen Verlauf aufweisen. Alternativ sind auch rechteckige oder trapezartige Verläufe der Wellen möglich. Auch andere Verläufe bzw. Kombinationen u.a. aus den Vorgenannten sind möglich.
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Gemäß einer Ausgestaltung können auch mindestens zwei in z-Achse des Fahrzeugs übereinander angeordnete wellenförmige Verstärkungen vorgesehen sein, um den Widerstand gegen Intrusion zu erhöhen. Die zwei übereinander angeordneten wellenförmigen Verstärkungen können einen definierten Abstand zwischen sich in z-Achse des Fahrzeugs aufweisen oder stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Die beiden wellenförmigen Verstärkungen können gleich, quasi als Gleichteil, ausgeführt sein oder verschiedene Periodizitäten und/oder Höhenerstreckung der Wellen aufweisen.
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Näher erläutert wird die Erfindung anhand der folgenden Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung.
- In den 1 und 2 sind beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung in schematischen Darstellungen gezeigt, wobei die linken Darstellungen schematische Schnitte durch verstärkte Schweller (10) in y-Achse eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) und die rechten Darstellungen die Schnitte, welche symbolisch in den linken Darstellungen angezeigt sind, zeigen.
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Bei dem nicht dargestellten Fahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen handeln, vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug.
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Der verstärkte Schweller (10) des nicht dargestellten Fahrzeugs umfasst ein Profil (1) mit einem geschlossenen Querschnitt. Die Querschnittsform kann individuell, insbesondere herstellerspezifisch ausgeführt sein, eine einfache oder auch eine komplexe Geometrie aufweisen. In diesen beispielhaften Ausführungsformen ist der Querschnitt einfach gehalten und als Profil (1) mit rechteckigem geschlossenen Querschnitt dargestellt. Das Profil (1) weist eine Profilwand zur Innenseite (1.1) des nicht dargestellten, welche vorzugsweise angrenzend zur Fahrgastzelle ausgerichtet ist, und eine Profilwand zur Außenseite (1.2) des nicht dargestellten Fahrzeugs auf. Auf der Seite der Fahrgastzelle sind Stützstrukturen (20), insbesondere nicht dargestellte Sitzquerträger zur Aufnahme von nicht dargestellten Fahrzeugsitzen oder Strukturen umfassend beispielsweise nicht dargestellte Batteriekasten/-kästen zur Aufnahme von nicht dargestellten Akkumulatoren für den Betrieb von nicht dargestellten Elektromotoren bei Elektrofahrzeugen. Innerhalb des geschlossenen Querschnitts ist das Profil (1) mit mindestens einer wellenförmigen Verstärkung (2) in y-Achse des Fahrzeugs verstärkt. Die Wellen der wellenförmigen Verstärkung (2) erstrecken sich in x-Achse des Fahrzeugs und die Höhenerstreckung der Wellen der wellenförmigen Verstärkung (2) verlaufen in z-Achse des Fahrzeugs. Um lokale Überbelastungen infolge einer Crashlast durch einen seitlichen Pfahlaufprall auf die hinter dem Schweller (10) angeordneten Stützstruktur (20) im Wesentlichen zu vermeiden, erstreckt sich die wellenförmige Verstärkung (2) in y-Achse des Fahrzeugs nicht vollständig zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2), so dass in der Ebene (E) der wellenförmigen Verstärkung (2) innerhalb des Querschnitts des Profils (1) hin zur Profilwand der Innenseite (1.1) ein Freiraum (F) vorhanden ist, welcher eine Erstreckung (D) in y-Achse des Fahrzeugs aufweist, welche mindestens 15 % des Abstandes (1.3) zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) beträgt. Der vorhandene Freiraum (F) mit einer definierten Erstreckung (D) in der Ebene (E) bzw. in y-Achse des Fahrzeugs fungiert als Deformationszone und lässt eine definierte Intrusion der wellenförmigen Verstärkung (2) im Falle der Crashlast beim seitlichen Pfahlaufprall zu, ohne lokal auf die Stützstruktur (20) zu belasten.
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Der Unterschied zwischen den beispielhaften Ausführungsformen in den 1 und 2 besteht darin, dass in 1 nur eine wellenförmige Verstärkung (2) das Profil (1) respektive den Schweller (10) verstärkt und in 2 zwei in z-Achse des Fahrzeugs übereinander angeordnete wellenförmige Verstärkungen (2) vorgesehen sind, welche vorzugsweise miteinander verbunden sind. Die vorzugsweise Verbindung kann stoff-, kraft- und/oder formschlüssig erfolgen.
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Die Wellen der wellenförmigen Verstärkung (2) sind in den beispielhaften Ausführungsform im Schnitt trapezförmig ausgebildet. Auch andere Wellenformen sind denkbar. Auch kann die Periodizität und/oder die Höhenerstreckung der Wellen entlang der x-Achse des Fahrzeugs betrachtet variieren (hier nicht dargestellt).
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In den 3 und 4 ist der Zustand nach einem seitlichen Pfahlaufprall ermittelt anhand einer Simulation gezeigt. Die Bedingungen waren bei beiden Simulationen und auch die technische Konstruktion gleich, jedoch mit dem Unterschied, dass in 3 ein simuliertes Crashergebnis mit einer wellenförmigen Verstärkung (2), welche den Querschnitt des Profils des Schwellers in y-Achse des Fahrzeugs vollständig ausgefüllt hat, und in 4 ein simuliertes Crashergebnis mit einer wellenförmigen Verstärkung (2), welche den Querschnitt des Profils (1) des Schwellers (10) in y-Achse des Fahrzeugs nicht vollständig ausfüllt und sich zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) erstreckt, so dass in der Ebene (E) der wellenförmigen Verstärkung (2) innerhalb des Querschnitts des Profils (1) hin zur Profilwand der Innenseite (1.1) ein Freiraum (F) vorhanden ist, welcher eine Erstreckung (D) in y-Achse des Fahrzeugs aufweist, welche mindestens 15 % des Abstandes (1.3) zwischen den Profilwänden (1.1, 1.2) beträgt.
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Gut zu erkennen ist, dass der in der 4 geschaffene bzw. vorhandene Freiraum (F) ein „Ausweichen“ der wellenförmigen Verstärkung (2) ermöglicht, ohne die hinter dem Schweller (10) angeordnete Stützstruktur (20) lokal überzubelasten bzw. in dieser Ausführung überhaupt zu berühren. In 3 hingegen kann eine Intrusion und somit eine lokale Belastung der Stützstruktur (20) nicht vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2008100548 A [0002]
- DE 102005044820 A1 [0002]
