DE10309626A1 - Karosserieträger mit einer den Verformungsverlauf bei einem Aufprall beeinflussenden Sicke - Google Patents

Karosserieträger mit einer den Verformungsverlauf bei einem Aufprall beeinflussenden Sicke Download PDF

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Martin Kruse
Ralf Grosser
Uwe Palumbo
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • B62D21/152Front or rear frames

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Bisherige Karosserieträger weisen Sicken zum Faltenbeulen auf, die symmetrisch im 45 DEG Winkel an den Kanten eingebracht sind. Bei dicken Wandstärken des Trägers führt dies aufgrund der Kerbtiefe zu einer großen Schwächung des Kantenbereichs. DOLLAR A Die neuen Karosserieträger weisen asymmetrische Sicken auf, die flacher, das heißt nicht im 45 DEG Winkel, und in Abhängigkeit von der Wandstärke im Kantenbereich eingebracht werden, so dass ein größerer Teil der Sicke auf einer durch die Kante begrenzten Seitenflächen und ein kleinerer Teil auf der anderen durch die Kante begrenzten Seitenfläche ausgebildet ist. Dadurch kann auch bei dickeren Wandstärken ein zuverlässiges Zusammenstauchen bei einem Aufprall erreicht werden. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Sicken asymmetrisch auf dem Träger angeordnet werden, so dass sich der gesamte Karosserieträger beim Zusammenstauchen in eine bevorzugte Raumrichtung verbiegt. DOLLAR A Derartige Verfahren werden besonders im Leichtmetall-Karosseriebau benötigt, um bei dickwandigen Profilen möglichst viel Aufprallenergie in Deformationsenergie zu verwandeln.

Description

  • Die Erfindung betrifft Karosserieträger mit einer Sicke gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Es sind Karosserieträger bekannt, die symmetrische kerbenförmige Sicken im Kantenbereich aufweisen, die den Verformungsverlauf bei einem Aufprall beeinflussen. Diese Karosserieträger sind aus Aluminium und weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Die einzelnen Sicken befinden unter einem 45° Winkel auf der Kante. Das heißt jede Sicke ragt symmetrisch, jeweils zur Hälfte in die beiden durch die Kante begrenzten, benachbarten Außenflächen des Karosserieträgers. Sie bewirken ein Faltenbeulen bzw. ein Zusammenstauchen des Trägers. Hier sind entlang des Querschnitts an jeder Kante Sicken angeordnet, wobei sich diese Anordnung in bestimmten Abständen wiederholt. Durch die Symmetrie der Sicken und der Symmetrie der Sickenanordnung wird bewirkt, dass der Karosserieträger entlang seiner Längsachse symmetrisch zusammengestaucht werden kann.
  • Nachteilig hierbei ist jedoch, dass bei Verwendung dickerer Wandungen tiefere Sicken benötigt werden um das Faltenbeulen zu realisieren, da das Material ansonsten beim Faltenbeulen brechen könnte und somit keine großen Energiemenge mehr aufgenommen werden können. Durch das Einbringen tieferer Sicken wird der Kantenbereich überproportional schwächer, was die geforderte Stabilität des gesamten Karosserieträgers in Frage stellen kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es eine Alternative zu den tieferen Sicken aufzuzeigen, bei der auch Karosserieträger mit dickeren Wandungen zusammengestaucht werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Hierbei wird die Sicke asymmetrisch auf den Karosserieträger eingebracht, so dass ein größerer Teil der Sicke in eine der beiden durch die Kante begrenzten, benachbarten Außenflächen des Karosserieträgers ragt.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass mit solchen asymmetrischen Sicken das Zusammenstauchen in eine bevorzugte von der ehemaligen Längsachse abweichenden Richtung beeinflusst werden kann, so dass sich der Karosserieträger beim Zusammenstauchen nicht nur verkürzt sondern auch in eine bestimmte Raumrichtung zum Beispiel nach oben oder nach unten verbiegt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine solche Anordnung wesentlich mehr Energie aufnehmen kann, da z.B. zum Faltenbeulen dickerer Wände wesentlich mehr Energie benötigt wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierbei werden Sickenpaare, die aus asymmetrischen Sicken bestehen auf dem Karosserieträger angeordnet, wodurch ein gleichmäßiges Faltenbeulen erzielt werden kann, wobei die Außenfläche an welcher der größte Teil des Sickenpaares eingebracht ist an dieser Stelle gefaltet werden kann, während sich die verbleibende Teilbereiche einbeulen. Werden die Sickenpaare auf gegenüberliegende Außenflächen des Karosserieträgers angebracht so kann der Karosserieträger gleichmäßig zusammengestaucht werden, wobei die Faltenbeulen eine regelmäßige Struktur aufweisen. Werden eine unterschiedliche Anzahl von Sickenpaaren auf gegenüberliegenden Außenflächen eingebracht, so kann ein Verbiegen des Karosserieträgers in eine von der ursprünglichen Längsachse abweichende Raumrichtung unterstützt oder auch abgeschwächt werden werden.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1: Querschnitt durch einen Karosserieträger mit paarweise angeordneten asymmetrischen Sicken.
  • 2: Zwei Karosserieträger mit asymmetrischer Sickenanordnung vor einem Aufprall.
  • 3: Zwei Karosserieträger mit asymmetrischer Sickenanordnung nach einem Aufprall.
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Karosserieträger 1 mit Sickenpaaren 10, 12, die aus asymmetrischen Sicken 5 bestehen. Der Karosserieträger 1 weist einen rechteckigen Querschnitt auf, mit einer Oberseite 2, einer Unterseite 3 und zwei Seitenwänden 4, 16. Das erste Sickenpaar 10 befindet sich an der Oberseite 2. Die Oberseite 2 wird von der Seitenfläche 16 durch die Kante 13 getrennt. In diesem Kantenbereich befindet sich die eine Sicke 5 des Sickenpaares 10. Der größere Teil 7 dieser Sicke 5 befindet sich in der Oberseite 2, während ein kleinerer Teil 17 der Sicke 5 in der Seitenwand 16 ist. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Wandstärke d = 3 mm. Der Sickenwinkel α, unter dem die Sicke 5 in die Wand eingebracht wird, beträgt in diesem Ausführungsbeispiel ca. α = 15°. Die andere zu diesem Sickenpaar 10 gehörige Sicke 5 befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite im Bereich der Kante 6, welche die Oberseite 2 von der anderen Seitenfläche 4 trennt. Auch diese asymmetrische Sicke 5 ragt mit ihrem größeren Teil 7 in die Oberseite 2 und mit ihrem kleineren Teil 17 in die andere Seitenfläche 4. Sie weist den gleichen Sickenwinkel α auf, wie die andere zum Sickenpaar 10 gehörige Sicke 5. Dieses Sickenpaar 10 befindet sich im Ausführungsbeispiel in einer, senkrecht zum Träger stehenden Ebene. Die Sicken 5 des Sickenpaares 10 sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht versetzt zueinander angeordnet. Jedoch wäre das grundsätzlich auch möglich. Gegenüber des an der Oberseite 2 befindlichen Sickenpaares 10 ist ein weiteres Sickenpaar 12 auf der Unterseite 3 des Karosserieträgers 1 angeordnet. Die Unterseite 3 wird von der Seitenfläche 16 durch die Kante 14 getrennt. In diesem Kantenbereich 14 befindet sich die eine Sicke 5 des Sickenpaares 12. Der größere Teil 7 dieser Sicke 5 befindet sich in der Unterseite 3, während ein kleinerer Teil 17 der Sicke 5 in der Seitenwand 16 ist. Die Wandstärke d und der Sickenwinkel α sind auf der Unterseite 3 äquivalent zur Oberseite 2 ausgebildet. Jedoch könnten auch andere Wandstärken mit anderen Sickenwinkeln verwendet werden. Die andere zu diesem unteren Sickenpaar 12 gehörige Sicke 5 befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite im Bereich der Kante 15, welche die Unterseite 3 von der anderen Seitenfläche 4 trennt. Auch diese asymmetrische Sicke 5 ragt mit ihrem größeren Teil 7 in die Unterseite 3 und mit ihrem kleineren Teil 17 in die andere Seitenfläche 4. Sie weist den gleichen Sickenwinkel auf, wie die andere zum Sickenpaar 12 gehörige Sicke 5. Dieses Sickenpaar 12 befindet sich im Ausführungsbeispiel in der gleichen Ebene wie das Sickenpaar 10. Die Sicken 5 des Sickenpaares 12 und auch die Sickenpaare 10, 12 sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht versetzt zueinander angeordnet. Jedoch wäre das grundsätzlich auch möglich. Die dargestellte Anordnung der Sicken bewirkt, dass sich bei einem Aufprall die Wand an der Oberseite und an die Wand an der Unterseite nach innen einbeult, während sich die beiden Seitenwände nach außen falten.
  • Der Begriff der Sicke 5 soll auch die Kerbe und andere Formen umfassen, die ein ähnliches Aussehen aufweisen unabhängig davon wie sie in die Oberfläche eingebracht werden.
  • 2 zeigt zwei Karosserieträger 1 mit asymmetrischen Sicken 5 vor einem Aufprall. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Karosserieträger 1 dargestellt, die nicht parallel zueinander angeordnet sind und der untere Träger 1 nicht wie allgemein üblich bei Fahrzeugen parallel zur Fahrbahn angeordnet ist. Bei dem in der Figur dargestellten oberen Träger 1 sind auf seiner Oberseite 2 zwei Sickenpaare 10, 11 in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet. Auf der Unterseite 3 des oberen Trägers 1 befindet sich ein weiteres Sickenpaar 12 , das sich wie bereits in 1 dargestellt in der gleichen Ebene wie das oberen Sickenpaar 10 befindet. Die Sickenpaare 10, 11, 12 bestehen, wie in 1 dargestellt aus asymmetrischen Sicken 5, die unter einem von der ursprünglichen Wandstärke abhängigen Sickenwinkel eingebracht sind, der geringer ist als 45°. Das heißt α < 45°.
  • Der untere Träger 1 weist auf seiner Oberseite nur ein Sickenpaar 12 auf, das wie bereits vorab beschrieben aus asymmetrische Sicken 5 besteht, die sich hauptsächlich auf seiner Oberseite 2 befinden, weil sie unter einem flacheren Winkel eingebracht wurden. In der Unterseite des unteren Trägers befinden sich zwei weitere Sickenpaare 10, 11, wobei das eine Sickenpaar 10 direkt unter dem auf der Oberseite des unteren Trägers 1 befindlichen Sickenpaar 12 angeordnet ist.
  • 3 zeigt die zwei Karosserieträger aus 2 mit asymmetrischer Sicken 5 nach einem Aufprall. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die zwei Karosserieträger 1 im Aufprallbereich Faltenbeulen 8 auf. Bei dem in der Figur dargestellten oberen, horizontalen Träger 1 hat das Zusammenstauchen den Träger verkürzt. Auf diesen horizontalen Träger wirkt die Aufprallkraft gleichfalls horizontal ein, so dass sich ein gerader Kraftverlauf ergibt, der den horizontalen Träger 1 nicht oder nur in geringem Ausmaß verbiegt. Das Zusammenstauchen wird durch die Anordnung der Sickenpaare 10, 11, 12 auf dem Träger 1 bewirkt. Der obere Träger 1 weist aufgrund seiner Sickenstruktur eine engere Zusammenstauchung auf seiner Oberseite 2 auf, weil dort durch die Anordnung von zwei Sickenpaaren 10, 11 eine größere Materialschwächung gegeben ist als auf der Unterseite 3 durch das eine Sickenpaar 12.
  • Auch der untere, geneigte, nicht horizontal angebrachte Träger 1 wird beim Zusammenstauchen verkürzt. Jedoch verändert er auch seine axiale Ausrichtung 9, da der Kraftverlauf bei ihm nicht gerade ist. Ohne Gegenmaßnahmen würde er nach oben abknicken und die Sicken könnten die Deformationsenergie nicht aufnehmen. Als Gegenmaßnahme werden am unteren, geneigten Träger auf der Unterseite 3 mehr Sickenpaare angebracht als auf der Oberseite 2. Da der Träger jetzt auf seiner Unterseite leichter deformierbar ist, wirkt diese Sickenstruktur der nach oben gerichteten Bewegung des unteren Trägers entgegen. Als weitere Maßnahme dient die Abstützung des unteren Trägers am oberen Träger.
  • Die Raumrichtungen (nach oben, nach unten, nach außen, nach innen) in die sich die Träger verbiegen sollen können durch verschiedene Sickenanordnungen bewerkstelligt werden.
  • In diesem Anwendungsbeispiel handelt es sich um eine Aluminium-Sportwagenkarosserie. Die Aluminiumprofile für Sportwagenkarosserien weisen aufgrund ihren höheren Belastungen dickere Wandstärken auf, wie z.B. die Profile von gewöhnlichen Kleinwagen. Der Vorderwagen der hier dargestellten Sportwagenkarosserie könnte unter bestimmten Aufprallbedingungen ohne eine solche Sickenanordnung, bedingt durch den unteren nach oben gerichteten Längsträger 1 nach oben abknicken. Eine Umwandlung der Aufprallenergie in Umformungsenergie könnte dann nicht mehr erfolgen. Durch die Sickenanordnung erfolgt beim Verformen die gewünschte Ausrichtung des Trägers. Die Ausrichtung ist umso stärker je stärker die Verformung ist. Durch das Herunterdrücken des sich bei einem Aufprall nach oben bewegenden unteren Trägers lässt sich eine besonders stabile Tragestruktur erreichen.
  • Unter den Sickenanordnungen sind auch Einkerbungsanordnungen oder andere materialabschwächende Anordnungen zu verstehen, die im Kantenbereich angeordnet sind.

Claims (4)

  1. Karosserieträger (1) mit einer den Verformungsverlauf bei einem Aufprall beeinflussenden Sicke (5), wobei der Karosserieträger (1) ein langgestrecktes Profilteil ist, dass Kanten (6, 13, 14, 15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (5) asymmetrisch an einer Kante (6, 13, 14, 15) des Karosserieträgers (1) angebracht ist, wobei ein größerer Teil der Sicke (5) in die eine der beiden durch die Kante (6, 13, 14, 15) begrenzten, benachbarten Außenflächen und der restliche, kleinerer Teil der Sicke in die andere der beiden durch die Kante begrenzten, benachbarten Außenflächen (2, 3, 4, 16) ragt.
  2. Karosserieträger (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Karosserieträger (1) mindesten ein Sickenpaar (10, 11, 12) aufweist, das sich an den gegenüberliegenden Kanten (6, 13, 14, 15) einer Außenfläche (2, 3, 4, 16) befindet, wobei deren asymmetrische Sicken (5) so angeordnet sind, dass die beiden größeren Teile der Sicken (5) in die durch die beiden gegenüberliegenden Kanten (6, 13, 14, 15) begrenzte Außenfläche (2, 3, 4, 16) ragen.
  3. Karosserieträger (1) nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Sickenpaar (10, 11, 12) auf der gegenüberliegenden Außenfläche (2, 3, 4, 16) angeordnet ist.
  4. Karosserieträger (1) nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Sickenpaare (10, 11, 12) die auf der einen Außenflächen (2, 3, 4, 16) angeordnet sind unterschiedlich ist zu der Anzahl der Sickenpaare (10, 11, 12) die auf der gegenüberliegenden Außenfläche (2, 3, 4, 16) angeordnet sind.
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