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Die
Erfindung betrifft eine A-Säule
eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriffs des Patentanspruchs
1.
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Die
tragenden Säulen
eines Kraftfahrzeuges tragen besonders zur Festigkeit der Karosseriesteifigkeit
des Fahrzeuges bei. Insbesondere bei Cabriolets erfüllen die
Säulen
insbesondere auch die A-Säule
die Aufgabe, bei einem Überschlag
die Insassen zu schützen.
Es ist dabei notwendig, dass die A-Säule bei einem herkömmlichen
Fahrzeugüberschlag
nicht eingedrückt
wird.
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In
herkömmlicher
Weise wird diese Anforderung dadurch gelöst, dass speziell bei Cabriolets
in die A-Säule
ein Stahlrohr zur Steigerung der Festigkeit eingebaut wird. Um dieses
Stahlrohr werden Blechschalen angeordnet, die an Flanschen zu einer geschlossenen
A-Säule
zusammengefügt
werden.
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Durch
diese aufwendige Bauweise, die das Stahlrohr und eine Blechschalen
Konstruktion umfasst, bei der in der Regel zudem noch eine Kunststoffverkleidung
der A-Säule
vorgesehen ist, kommt es zu einer erheblichen Verdeckung des Fahrerblickfeldes
durch die A-Säule.
Diese Verdeckung des Fahrerblickfeldes wird Sichtwinkelverdeckung
genannt. Zur Reduzierung der Sichtwinkelverdeckung wird stets angestrebt,
den Querschnitt der A-Säule
zu reduzieren, wobei immer ein Kompromiss bezüglich der Deformationsfestigkeit
der A-Säule
eingegangen werden muss.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine A-Säule für ein Kraftfahrzeug bereit
zu stellen, die gegenüber
dem Stand der Technik eine reduzierte Sichtwinkelverdeckung aufweist
und gleichzeitig eine erhöhte
Crashsicherheit bietet.
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Die
Lösung
der Aufgabe besteht in einer A-Säule
eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die
erfindungsgemäße A-Säule weist
einen Scheibenflansch auf, der zur Befestigung einer Windschutzscheibe
geeignet ist. Dabei verläuft
der Scheibenflansch im Wesentlichen längs der A-Säule
und weist entlang seines Verlaufes einen im Wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt
auf.
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Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die A-Säule im Bereich
der Windschutzscheibe einteilig ausgestaltet ist. Durch eine einteilige
Ausgestaltung von der A-Säule
entfällt
ein, im Stand der Technik sonst üblicher
Falz, an den zwei Halbschalen einer A-Säule durch Fügen zusammengesetzt sind. Durch
Entfallen dieses Falzes wird der Gesamtquerschnitt der A-Säule verkleinert,
was zu einer Reduzierung der Sichtwinkelverdeckung beiträgt.
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Üblicherweise
wird dieser Falz gleichzeitig als Scheibenflansch für die Windschutzscheibe
genutzt. In der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ist der Scheibenflansch im Querschnitt der A-Säule integriert. Das bedeutet,
der Wandungsbereich, der den Scheibenflansch bildet, begrenzt gleichzeitig
den Hohlquerschnitt der A-Säule.
Somit liegt die Windschutzscheibe direkt an der A-Säule an und
ist in dieser befestigt. Der Wegfall des im Stand der Technik üblichen
Falzes und die Integration des Scheibenflansche in der A-Säule trägt ebenfalls
zur Reduzierung der Sichtwinkelverdeckung bei.
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Der
Begriff Sichtwinkelverdeckung bedeutet ein Maß dafür, in welchem Maße die A-Säule den Rundumblick
also den Sichtwinkel des Fahrers verdeckt. Auf Grund der unterschiedlichen
Sitzpositionen verschiedener Fahrer und die dadurch entstehende
unterschiedliche Sichtwinkelverdeckung werden komplexe Berechnungsmodelle
bereit gestellt, die die Sichtwinkelverdeckung reproduzierbar definieren.
Eines dieser Modelle ist die EWG-Norm 77/649,
ein anderes Modell besteht in der SAE J 10 50.
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Durch
die erfindungsgemäße A-Säule kann eine
Reduzierung der Sichtwinkelverdeckung nach der EWG 77/649 um etwa
2 bis 3 Grad erzielt werden.
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In
einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Scheibenflansch durch
eine entlang der A-Säule
verlaufenden Einbuchtung im Hohlraumquerschnitt der A-Säule ausgebildet.
Durch diese Ausgestaltungsform kann die Windschutzscheibe in einfacher
Weise von außen
an die A-Säule
aufgesetzt werden und verklebt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform
dieser Einbuchtung in der A-Säule
wird der Scheibenflansch vollständig
durch diese Einbuchtung ausgebildet.
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Eine
besonders hohe Festigkeit weist die A-Säule dann auf, wenn sie aus
gegossenem Stahl dargestellt ist. Durch das Gießen des Stahls wird zudem die
erfindungsgemäße einteilige
Darstellung der A-Säule
im Bereich der Windschutzscheibe vorteilhaft erleichtert.
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Eine
besonders hohe Festigkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit
wird dann erzielt, wenn die A-Säule
aus einem Chrom-Nickel-Edelstahl dargestellt ist.
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Ein
geeignetes Herstellungsverfahren für die A-Säule ist ein Niederdruckgussverfahren,
bei dem insbesondere Stahl durch einen Gasdruck in die Gießformen
gedrückt
wird. Dieses Verfahren ist besonders gut dazu geeignet, große Bauteile
wie zum Beispiel eine A-Säule
mit vergleichsweise geringen Wandstärken darzustellen. Die realisierten
Wandstärken
der erfindungsgemäßen A-Säule betragen
in der Regel zwischen 1,6 mm und 8 mm bevorzugt zwischen 1,6 mm
und 4 mm besonders bevorzugt zwischen 1,6 mm und 3 mm.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den folgenden Figuren
näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer A-Säule,
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2 Querschnitt
durch eine A-Säule
mit integriertem Scheibenflansch und einer Windschutzscheibe und
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3 eine
herkömmliche
mehrteilige A-Säule
nach dem Stand der Technik.
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In 1 ist
eine typische A-Säule 2 dargestellt.
Dabei ist die Darstellung der A-Säule 2 im oberen Bereich
der A-Säule 2 beschränkt. Grundsätzlich kann
eine hier nicht dargestellte A-Säule 2 auch
einteilig so ausgestaltet sein, dass sie bis in einen unteren Bereich
des Fahrzeuges verläuft
und dort an einen Schweller angebunden ist. Einer A-Säule in dieser
Bau weise ist beispielsweise in Form des Standes der Technik in 3 abgebildet.
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Die
in 3 dargestellte A-Säule markiert eine A-Säule nach
dem Stand der Technik. Sie ist aus mehreren, hier nicht mit Bezugszeichen
versehenen einzelnen Blechschalen und Blechteilen zusammengesetzt.
In die zusammengesetzten Blechschalen werden zur Verstärkung der
A-Säulen
noch Stahlrohre eingesetzt. Beim Fügen der Blechteile nach 3, dass
in der Regel durch Punktschweißen
geschieht, ist stets ein Fügefalz
notwendig. Dieser Fügefalz zeigt
von einem Hohlraum der A-Säule ausgesehen nach
außen.
In der Regel wird dieser Fügefalz
als Flansch für
die Windschutzscheibe herangezogen.
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Die
A-Säule 2 in 1 ist
hingegen einteilig ausgestaltet. Sie weist einen Scheibenflansch 4 auf, in
dem eine in 1 nicht dargestellte Windschutzscheibe 6 einsetzbar
ist.
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In 2 ist
eine Schnittdarstellung durch die A-Säule und durch die Windschutzscheibe
dargestellt. Die A-Säule 2 weist
den Scheibenflansch 4 auf, der in dieser Ausgestaltungsform
in Form einer Einbuchtung 12 dargestellt ist. Ein Wandungsbereich 8, der
den Scheibenflansch 4 bildet, begrenzt gleichzeitig den
Hohlquerschnitt 10 der A-Säule 2. Dies bedeutet,
der Scheibenflansch 4 ist in den Hohlquerschnitt 10 der
A-Säule integriert,
wobei auf die Ausbildung eines zusätzlichen Falzes verzichtet
wird.
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In 2 ist
ebenfalls dargestellt, wie die Windschutzscheibe 6 in den
Scheibenflansch 4 eingesetzt ist. Bevorzugt ist die Windschutzscheibe 6 in den
Scheibenflansch 4 eingeklebt. Durch die gestrichelten Linien 13 wird
angedeutet, in welchem Maße der
Sichtwinkel von einer skizzierten Fahrerposition 14 aus
gesehen durch die A-Säule 2 verdeckt
wird. Dabei ist an zumerken, dass der Winkel, den die beiden gestrichelten
Linien 13 einschließen,
nicht identisch ist mit der Sichtwinkelverdeckung.
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Die
Herstellung der A-Säule 2,
wie sie in den 1 und 2 dargestellt
ist, erfolgte bevorzugt durch ein Niederdruckgussverfahren. Ein
mögliches Verfahren
ist dabei das sogenannte FONTE MINC (FM) dabei handelt es sich um
ein Niederdruckverfahren im Gegenschwerkraftguss, unter Verwendung einer
Sandform. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist die schnelle, turbulenzarme
Formfüllung.
Eine weitere Möglichkeit,
den Niederdruckguss darzustellen, besteht darin, auf der Seite der
Schmelze einen Gasdruck anzulegen, durch den die Schmelze in eine Sandform
gedrückt
wird.
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Diese
Niederdruckgießverfahren
eignen sich besonders bei der Verwendung von Eisenmetallen. Hierbei
können
auch Edelstähle,
beispielsweise hochlegierte Chrom-Nickel-Stähle, wie der Edelstahl Nitronic 19D in
vorteilhafter Weise vergossen werden. Ebenfalls kann durch dieses
Herstellungsverfahren eine für
Stahlguss ungewöhnlich
geringe Wanddicke realisiert werden. Die Wanddicke der erfindungsgemäßen A-Säule 2 nach 1 beträgt zwischen
1,6 mm und 6 mm. Der größte Bereich
der A-Säule
weist jedoch Wandungen zwischen 1,6 mm und 3 mm auf. Durch diese
geringen Wandstärken, gepaart
mit der sehr hohen Festigkeit des verwendeten Stahls, der eine Zugfestigkeit
(Rm) von über
600 N/mm2 bei einem E-Modul von nahezu 200
kN/mm2 aufweist, kann eine sehr kompakte
Bauweise der A-Säule
erzielt werden.
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Die
kompakte Bauweise der A-Säule
mit den geringen Wandstärken
führt zu
einer deutlichen Reduzierung des Bauteilgewichtes. Es können durch dieses
Verfahren A-Säulen
hergestellt werden, die zwischen 4 kg und 6 kg wiegen. Gleichzeitig
führt die kompakte
Bauweise der A-Säule
dazu, dass die Sichtwinkelverdeckung von 6 Grad, wie sie bei herkömmlichen
Fahrzeugen üblich
ist, auf 4 Grad reduziert ist. Dieser Messung wurde die EWG-Norm 77/649
zugrundegelegt.
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Die
A-Säule 2,
wie sie in 2 dargestellt ist, ist nach
der Computer Aided Optimisation (CAO)-Methode oder nach der Soft
Kill Option (SKO)-Methode bionisch optimiert. Dies bedeutet, dass
unter Zugrundelegen eines normalen Belastungszustandes die Kraftlinien
in der A-Säule
berechnet werden und die Bauteilstärke entlang der Kraftlinien
erhöht
wird. Außerhalb
der berechneten Kraftlinien wird die Materialdicke minimiert. Dies
führt wiederum
dazu, dass Material an dieser Stelle dünner sein kann oder ganz ausgespart
werden kann. Dies wiederum führt
beispielsweise zu Aussparungen 16 in 1,
die in der A-Säule 2 dargestellt
sind. Durch diese Optimierungsmethoden lässt sich sowohl das Bauteilgewicht als
auch der Querschnitt der A-Säule
weiter reduzieren, was wiederum zu einer Verbesserung der Sichtwinkelverdeckung
beiträgt.
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Grundsätzlich kann
die erfindungsgemäße A-Säule 2 auch
durch andere Herstellungsverfahren dargestellt werden. Beispielsweise
bietet sich das sogenannten Innenhochdruckumformen (IHU) als Herstellungsverfahren
an. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass sich nur gleichmäßige Wandstärken erzielen
lassen, was dazu führt,
dass die Vorteile der bionischen Optimierung nicht angewendet werden
können.
Dies wiederum führt
zu einer Erhöhung des
Bauteilgewichtes, da alle Bereiche der A-Säule mit der dicksten notwendigen
Wandstärke
ausgestaltet sind.
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Ein
weiteres Verfahren, das zur Darstellung der erfindungsgemäßen A-Säule geeignet
ist, ist beispielsweise Aluminium oder Magnesiumdruckguss. Unter
Berücksichtigung
der spezifischen Festigkeit der Werkstoffe Magnesium und Aluminium,
müsste die
A-Säule
in ihrem Wandungsbereich jedoch so dick ausgestaltet werden, dass
der Gewichtsvorteil gegenüber
dem Stahlguss aufgebraucht wäre
und somit eine A-Säule
aus Aluminium und Magnesium schwerer wäre als eine aus Stahlguss.