DE19647334A1 - Seitenaufprallträger für einen Personenkraftwagen - Google Patents

Seitenaufprallträger für einen Personenkraftwagen

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DE19647334A1 DE1996147334 DE19647334A DE19647334A1 DE 19647334 A1 DE19647334 A1 DE 19647334A1 DE 1996147334 DE1996147334 DE 1996147334 DE 19647334 A DE19647334 A DE 19647334A DE 19647334 A1 DE19647334 A1 DE 19647334A1
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Description

Die Erfindung betrifft einen Seitenaufprallträger für einen Personenkraftwagen, insbesondere für eine Fahrzeug­ tür.
Seitenaufprallträger mit zur Außenhaut eines Personen­ kraftwagens, insbesondere zur Außenhaut einer Fahrzeug­ tür, offenen hutförmigen Querschnittsprofilen haben sich aufgrund ihrer hohen Steifigkeit, ihrer guten Verfor­ mungsfähigkeit und hohen Profilstabilität bei mittiger Belastung als bevorzugte Türverstärkungen erwiesen.
Von den Anforderungen der Praxis her sollten sich bei mittiger Belastung eines Seitenaufprallträgers annähernd gleiche Biegespannungen entlang seiner gesamten Länge er­ geben. Im Idealfall müßte folglich das Widerstandsmoment vom Maximum in der in der Regel in der Türmitte liegenden Mittelquerebene ausgehend zu den Befestigungen des Sei­ tenaufprallträgers am Fahrzeugrahmen, insbesondere an den A-, B- und C-Holmen des Fahrzeugrahmens, linear abfallen. Derart gestaltete Seitenaufprallträger weisen jedoch eine nicht ausreichende Steifigkeit auf, da sie im elastischen Bereich zu stark einfedern. Andererseits zeigen Seiten­ aufprallträger mit maximalem konstantem Widerstandsmoment entlang ihrer gesamten Länge zwar im elastischen Bereich eine hohe Steifigkeit, indessen knicken sie frühzeitig ein.
Bei einem ebenfalls zum Stand der Technik zählenden Sei­ tenaufprallträger mit einem hutförmigen Querschnittspro­ fil (PCT/SE 93/00760) soll die Widerstandsfähigkeit da­ durch gewährleistet werden, daß der Seitenaufprallträger mindestens einen Trägerabschnitt aufweist, bei welchem die Breite des Stegs in Richtung auf ein Trägerende ab­ nimmt, jedoch die Querschnittshöhe im wesentlichen gleich bleibt. Außerdem ist mindestens ein weiterer Trägerab­ schnitt vorgesehen, bei welchem die Höhe in Richtung auf das Trägerende abnimmt, wobei jedoch die Breite des Stegs im wesentlichen gleich bleibt. Mit einer solchen Gestal­ tung kann den Einbaukriterien nur unzureichend Rechnung getragen werden.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Seitenaufprallträger zu schaffen, welcher im Falle eines Seitencrashs unter Berücksichti­ gung der insbesondere durch die Scheiben und deren Hebe­ mechanismen bedingten Einbausituationen in den Fahrzeug­ türen ein optimales Verformungsverhalten bei geringstmög­ lichem Materialeinsatz besitzt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.
Danach wird jetzt eine optimale Auslegung eines hutförmi­ gen Querschnittsprofils aus Stahlblech hinsichtlich aus­ reichender Steifigkeit und Stabilität durch einen Wider­ standsmomentenverlauf erreicht, der vom Maximum in der Mittelquerebene des Seitenaufprallträgers, welcher etwa in der Türmitte liegt, aufgrund eines gleichförmigen oder ungleichförmigen Kurvenverlaufs zu den der Festlegung am Fahrzeugrahmen dienenden Trägerenden hin stetig abnimmt. Die Profilhöhenreduzierung kann hierbei insbesondere pa­ rabelförmig oder durch ähnliche Kurvenverläufe erzielt werden. Eine derartige Reduzierung der Profilhöhe kommt in besonders vorteilhafter Weise den Einbausituationen in den Fahrzeugtüren entgegen. Diese Einbausituationen erge­ ben sich in der Hauptsache durch die Scheiben in den Fahrzeugtüren und durch die den Scheiben zugeordneten He­ bemechanismen. Während in der Mittelquerebene der Schei­ ben der größte Abstand zur Außenhaut vorhanden ist, ver­ ringert sich dieser Abstand endseitig der Scheiben durch die Hebemechanismen. Durch die Erfindung kann somit der maximal zur Verfügung stehende Einbauraum zwischen den Hebemechanismen, der Scheibe und der Außenhaut der Fahr­ zeugtür gezielt zur Gestaltung des Seitenaufprallträgers genutzt werden.
Die Erfindung erweist sich gleichermaßen bei Seitenauf­ prallträgern als besonders vorteilhaft, die nur einen Steg und zwei Schenkel oder auch zwei Stege und insgesamt vier Schenkel sowie die entsprechende Anzahl an Flanschen aufweisen. Insbesondere bei der letzteren Bauart, den so­ genannten Mehrfachhutprofilen, können hierbei die Höhen der Schenkel der nebeneinander verlaufenden Quer­ schnittsprofile variieren und auch versetzt nebeneinander stehen, um den zur Verfügung stehenden Einbauraum optimal zu nutzen.
Die Reduzierung der Höhe des Querschnittsprofils von der Mittelquerebene ausgehend kann so erfolgen, daß die Höhe Null erst exakt an einer Trägerstirnseite oder an beiden Trägerstirnseiten erreicht wird. Hier befinden sich dann neben den Schenkeln ausreichend verbreiterte Flansche zur Festlegung des Seitenaufprallträgers am Fahrzeugrahmen. Bei dieser Bauweise wird eine optimale Steifigkeit bei kleinstmöglichen ebenen Festlegungsflä­ chen an den Trägerenden erreicht. Denkbar ist aber auch eine Bauart, bei welcher die Höhe Null kurz vor den Trä­ gerstirnseiten erreicht wird.
Da aus Steifigkeitsgründen die Außenhaut einer Fahrzeug­ tür in aller Regel in Fahrzeuglängsrichtung zur Umgebung hin gewölbt ist, sieht die Erfindung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 vor, daß der Verlauf der einer in Fahrzeuglängsrichtung gekrümmten Außenhaut benachbar­ ten Oberflächen des Querschnittsprofils dieser Krümmung angepaßt ist. Bei diesen Oberflächen handelt es sich mei­ stens um die Oberflächen der Flansche. Bei dieser idealen Ausführungsform ist mithin weder auf der der Außenhaut zugewandten Seite noch auf der der Außenhaut abgewandten Seite ein gerader Profilabschnitt beim Seitenaufprallträ­ ger vorhanden.
Die Merkmale des Anspruchs 3 erweisen sich bevorzugt bei den sogenannten einfachen hutförmigen Querschnittsprofi­ len als vorteilhaft, um deren Stabilitätsverhalten zu op­ timieren. Der Seitenaufprallträger weist folglich bei dem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt seine größte Breite auf. Diese wird in der Regel durch eine entspre­ chende Bemessung des Stegs des Querschnittsprofils er­ reicht. Die Breite der Flansche bleibt meistens gleich. Die maximale Breite liegt wiederum in der Mittel­ querebene, welche etwa in der Türmitte zu liegen kommt, und wird dann in Richtung auf die Trägerenden kontinuier­ lich verringert. Die Länge dieses bauchartig erweiterten Trägerabschnitts in der Längsmitte des Seitenaufprallträ­ gers kann ein Drittel der gesamten Länge des Seitenauf­ prallträgers betragen oder auch etwas kürzer bemessen sein. Die Übergänge des bauchartig erweiterten Trä­ gerabschnitts gehen tangential in die angrenzenden Trägerabschnitte über. Durch diese tangentialen Übergänge kann dann das Aufklaffen des Querschnittsprofils zu höheren Belastungen hin verschoben werden.
Um auch nach dem Aufklaffen, insbesondere von Einfachhut­ profilen, ein Restwiderstandsmoment zu behalten, sehen die Merkmale des Anspruchs 4 vor, daß bei einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt die den Längskanten der Flansche benachbarten Längenbereiche um etwa 90° in Richtung auf die Schenkel abgebogen und die Übergänge von den Schenkeln auf den Steg einen Krümmungsradius aufwei­ sen, der etwa gleich der halben lichten Weite zwischen den Schenkeln bemessen ist. Die abgebogenen Längenberei­ che der Flansche können sich parallel zu den Schenkeln erstrecken. Diese abgebogenen Längenbereiche der Flansche sowie die vergleichsweise großen Übergangsradien von den Schenkeln auf den Steg bestimmen dann nach dem Einknicken des Seitenaufprallträgers die Restprofilhöhe. Ein derart gestalteter mittiger Trägerabschnitt weist bevorzugt eine Länge auf, die etwa 1/3 der Länge der Seitenaufprallträ­ ger entspricht.
Die Dicke des Stahlblechs, aus dem der Seitenaufprallträ­ ger hergestellt wird, kann über die gesamte Länge in al­ len Bereichen gleich sein. Vorteilhafter sind jedoch die Merkmale des Anspruchs 5, wonach die Dicke des Stahl­ blechs in einem in der Längsmitte liegenden Trägerab­ schnitt größer als die Dicke in den in Richtung auf die Trägerenden sich beiderseits anschließenden Trägerab­ schnitten bemessen ist. Auf diese Weise kann das Stabili­ tätsverhalten des hutförmigen Querschnittsprofils noch weiter optimiert werden.
In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Ausführungs­ form nach Anspruch 6 vor, daß die Dicke des Stahlblechs in einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt um etwa ein Sechstel größer als die Dicke in den in Richtung auf die Trägerenden sich beiderseits anschließenden Trä­ gerabschnitten bemessen ist.
Weisen beispielsweise die zur Herstellung des Seitenauf­ prallträgers zum Einsatz gelangenden Ausgangsplatinen eine Dicke von 1,8 mm auf, so kann diese Dicke in den sich an den Trägerabschnitt in der Längsmitte an­ schließenden Trägerabschnitten durch Abstrecken auf 1,5 mm reduziert sein. Der eine größere Blechdicke auf­ weisende mittige Trägerabschnitt hat dann eine Länge, die etwa einem Drittel bis der Hälfte der gesamten Länge des Seitenaufprallträgers entspricht.
Denkbar ist aber auch eine Ausführungsform, bei welcher die Dicke der Ausgangsplatinen kontinuierlich von der Mittelquerebene aus in Richtung auf die Trägerenden ver­ mindert wird. Der Seitenaufprallträger kann hierbei in der Mittelquerebene eine Dicke von ca. 2 mm und an den Trägerenden eine Dicke von etwa 1 mm aufweisen.
Schließlich kann das Verformungsverhalten des Seitenauf­ prallträgers noch dann zusätzlich optimiert werden, wenn gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 ein Stahl mit folgen­ der chemischer Analyse verwendet wird:
C: 0,19-0,25
Si: 0,15-0,50
Mn: 1,10-1,40
P: max. 0,025
S: max. 0,015
Cr: max. 0,35
Mo: max. 0,35
Ti: 0,020-0,050
B: 0,002-0,005
AL: 0,02-0,06
Durch gezieltes Abkühlen der Bauteilgeometrie in ge­ schlossenen Werkzeugen stellt sich ein Vergütungsgefüge mit folgenden mechanischen Eigenschaften ein:
Streckgrenze 1100 N/mm*2
Zugfestigkeit 1450 N/mm*2
Dehnung 8%
Der vergütete Werkstoff zeichnet sich durch sehr hohe Fe­ stigkeiten und eine ausreichende Duktilität aus. Außerdem besitzt der Werkstoff eine gute Schweißbarkeit und Lackierbarkeit.
Für die beschriebenen Profilgeometrien bedeutet der Einsatz dieses Stahles, daß Profile im elastischen Bereich sehr hohe Spannungen aufnehmen können, bevor sie plastifizieren. Die Energieaufnahme ist somit um eine Vielfaches größer als bei Weichstahl.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 im Schema einen horizontalen Längsschnitt durch eine mit einem Seitenaufprallträger ausgerüstete Fahrzeugtür eines Personenkraft­ wagens;
Fig. 2 in der Draufsicht den Seitenaufprallträger der Fig. 1;
Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 2 entlang der Linie III-III und
Fig. 4 in vergrößertem Maßstab einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der Fig. 2 entlang der Linie IV-IV.
Mit 1 ist in der Fig. 1 im Schema eine Fahrzeugtür für einen Personenkraftwagen (PKW) bezeichnet. Die Außenhaut 2 der Fahrzeugtür 1 ist in Fahrzeuglängsrichtung 3 ent­ sprechend der Krümmung 4 leicht zur Umgebung 5 hin ge­ wölbt.
Im Abstand zur Außenhaut 2 ist in die Fahrzeugtür 1 eine heb- und senkbare Scheibe 6 eingegliedert. Der Hebemecha­ nismus 7 der Scheibe 6 ist endseitig der Scheibe 6 sche­ matisch veranschaulicht.
Desweiteren sind im Schema noch zwei Holme 8 des anson­ sten nicht näher veranschaulichten Fahrzeugrahmens 9 dar­ gestellt.
Aufgrund des durch die Außenhaut 2, die Holme 8, die Scheibe 6 und den Hebemechanismus 7 vorgegebenen Einbau­ raums 10 ist in diesen ein entsprechend gestalteter Sei­ tenaufprallträger 11 eingegliedert.
Wie in diesem Zusammenhang bei gemeinsamer Betrachtung der Fig. 1 bis 3 zu erkennen ist, besitzt dieser Sei­ tenaufprallträger 11 ein zur Außenhaut 2 des Pkw's hin offenes hutförmiges Querschnittsprofil 12 aus Stahlblech. Dieses Querschnittsprofil 12 umfaßt einen der Außenhaut 2 abgewandten Steg 13, zwei sich an den Steg 13 an­ schließende, zur Außenhaut 2 gerichtete Schenkel 14 und zwei mit den Schenkeln 14 verbundene, einander abgewandte Flansche 15.
Die der Festlegung des Seitenaufprallträgers 11 an den Holmen 8 dienenden Trägerenden 16 sind hinsichtlich der Flansche 15 verbreitert ausgebildet (Fig. 2).
Wie die Fig. 1 ferner zu erkennen gibt, nimmt die Höhe H des Querschnittsprofils 12 ausgehend von der Mittel­ querebene MQE in Richtung auf die Trägerenden 16 entspre­ chend einem parabelförmigen Kurvenverlauf stetig ab. Die Höhe H Null des Querschnittsprofils 12 kann, wie die Fig. 2 am rechten Trägerende 16 zeigt, in einem Abstand A von der Stirnseite 17 des Trägerendes 16 liegen oder sie kann - wie am linken Trägerende 16 gemäß der Fig. 2 zu erkennen ist - in der Stirnseite 17 liegen.
Aufgrund des parabelförmigen Kurvenverlaufs 18 (Fig. 1) kann folglich der Einbauraum 10 zwischen der Außenhaut 2, den Holmen 8, der Scheibe 6 und dem Hebemechanismus 7 da­ hingehend optimal genutzt werden, daß der Widerstandsmo­ mentenverlauf des Seitenaufprallträgers 11 vom Maximum in der Mittelquerebene MQ zu den Trägerenden 16 hin abnimmt.
Der Fig. 1 ist außerdem zu entnehmen, daß der Verlauf 20 der der gekrümmten Außenhaut 2 benachbarten Oberflächen 19 des Querschnittsprofils 12 dieser Krümmung 4 angepaßt ist. Das heißt, zwischen der Außenhaut 2 und den Oberflä­ chen 19 ist über die gesamte Länge L des Seitenaufprall­ trägers 11 der gleiche Abstand A1 vorhanden. Bei den Oberflächen 19 handelt es sich um die der Flansche 15.
Der Seitenaufprallträger 11 kann über seine gesamte Länge L das in der Fig. 3 veranschaulichte Querschnittsprofil 12 aufweisen. Um jedoch ein Restwiderstandsmoment zu be­ halten, wenn nach einem Seitencrash das Querschnittspro­ fil 12 aufklafft, kann gemäß der Ausführungsform eines Querschnittsprofils 12a der Fig. 4 ein etwa ein Drittel der Länge L des Seitenaufprallträgers 11 entsprechender Trägerabschnitt bezüglich der den Längskanten 21 benach­ barten Längenbereiche 22 der Flansche 15a um etwa 90° in Richtung auf die Schenkel 14a abgebogen sein. Dieser Trä­ gerabschnitt befindet sich dann in der Längsmitte des Seitenaufprallträgers 11. Dadurch verlaufen diese Längen­ bereiche 22 etwa parallel zu den Schenkeln 14a. Desweite­ ren zeigt die Fig. 4, daß die Übergänge 23 von den Schenkeln 14a auf den Steg 13a in diesem Bereich einen Krümmungsradius 24 aufweisen, der etwa gleich der halben lichten Weite W zwischen den Schenkeln 14a bemessen ist.
Darüberhinaus kann - wie die Fig. 2 zeigt - ein in der Längsmitte des Seitenaufprallträgers 11 liegender Träger­ abschnitt 25 mit einer etwa ein Drittel oder auch kürzer bemessenen Länge der Länge L des Seitenaufprallträgers 11 bezüglich der Mittellängsebene MLE nach beiden Seiten in der Breite B bauchartig erweitert sein. Diese bauchartige Erweiterung des Trägerabschnitts 25 erfolgt bevorzugt mit einem Krümmungsradius 26, wobei dann die Übergänge 27 von dem Trägerabschnitt 25 auf die anschließenden Trägerab­ schnitte 28 tangential gestaltet sind.
Die Dicke des Stahlblechs beträgt bei dem Trägerabschnitt 25 in der Längsmitte (etwa die Hälfte bis ein Drittel der Länge des Seitenaufprallträgers 11) bevorzugt 1,8 mm. In den daran sich zu den Trägerenden 16 hin anschließenden Trägerabschnitten 28 beträgt die Blechdicke 1,5 mm.
Der in den Fig. 1 bis 4 veranschaulichte Seitenauf­ prallträger 11 besteht aus einem Stahl mit folgender che­ mischer Analyse:
C: 0,19-0,25
Si: 0,15-0,50
Mn: 1,10-1,40
P: max. 0,025
S: max. 0,015
Cr: max. 0,35
Mo: max. 0,35
Ti: 0,020-0,050
B: 0,002-0,005
AL: 0,02-0,06
Bezugszeichenliste
1
Fahrzeugtür
2
Außenhaut
3
Fahrzeuglängsrichtung
4
Krümmung v.
2
5
Umgebung
6
Scheibe
7
Hebemechanismus v.
6
8
Holme v.
9
9
Fahrzeugrahmen
10
Einbauraum
11
Seitenaufprallträger
12
Querschnittsprofil
12
a Querschnittsprofil
13
Steg v.
12
13
a Steg v.
12
a
14
Schenkel v.
12
14
a Schenkel v.
12
a
15
Flansche v.
12
15
a Flansche v.
12
a
16
Trägerenden
17
Stirnseiten v.
16
18
Kurvenverlauf
19
Oberflächen v.
12
20
Verlauf v.
19
21
Längskanten v.
15
a
22
Längenbereiche v.
15
a
23
Übergänge v.
14
a auf
13
a
24
Krümmungsradius v.
25
25
Trägerabschnitt
26
Krümmungsradius v.
25
27
Übergänge v.
25
auf
28
28
Trägerabschnitte
A Abstand v.
17
zu
12
A1 Abstand v.
2
zu
19
B Breite v.
25
H Höhe v.
12
L Länge v.
11
MLE Mittellängsebene
MQE Mittelquerebene
W lichte Weite zw.
14
a

Claims (7)

1. Seitenaufprallträger für einen Personenkraftwagen, insbesondere für eine Fahrzeugtür, der ein zur Außen­ haut (2) des Personenkraftwagens hin offenes hutför­ miges Querschnittsprofil (12, 12a) aus Stahlblech mit wenigstens einem der Außenhaut (2) abgewandten Steg (13, 13a), zwei sich an den Steg (13, 13a) an­ schließenden, zur Außenhaut (2) gerichteten Schenkeln (14, 14a) und zwei mit den Schenkeln (14, 14a) ver­ bundenen, einander abgewandten Flanschen (15, 15a) umfaßt, und bei welchem von seiner Mittelquerebene (MQE) ausgehend die Höhe (H) des Querschnittsprofils (12, 12a) in Richtung auf die der Festlegung am Fahr­ zeugrahmen (9) dienenden, verbreiterte Flansche (15, 15a) aufweisenden Trägerenden (16) entsprechend einem gleichförmigen oder ungleichförmigen Kurvenverlauf (18) stetig abnimmt.
2. Seitenaufprallträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der einer in Fahrzeuglängsrichtung gekrümmten Außenhaut (2) benachbarten Oberflächen (19) des Quer­ schnittsprofils (12, 12a) dieser Krümmung (4) ange­ paßt ist.
3. Seitenaufprallträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Längsmitte liegender Trägerabschnitt (25) bei kurvenförmigen Übergängen (26, 27) zu den in Richtung auf die Trägerenden (16) beiderseits angrenzenden Trägerabschnitten (28) bezüglich der Mittellängsebene (MLE) des Querschnittsprofils (12, 12a) nach beiden Seiten in der Breite (B) bauchartig erweitert ist.
4. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt die den Längskanten (21) benachbarten Längenbereiche (22) der Flansche (12a) um etwa 90° in Richtung auf die Schenkel (14a) abgebogen und die Übergänge (23) von den Schenkeln (14a) auf den Steg (13a) einen Krümmungsradius (24) aufweisen, der etwa gleich der halben lichten Weite (W) zwischen den Schenkeln (14a) bemessen ist.
5. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Stahlblechs in einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt größer als die Dicke in den in Richtung auf die Trägerenden (16) sich beiderseits anschließenden Trägerabschnitten bemessen ist.
6. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Stahlblechs in einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt um etwa 1/6 größer als die Dicke in den in Richtung auf die Trägerenden (16) sich beiderseits anschließenden Trägerabschnitten be­ messen ist.
7. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus einem Stahl mit folgender chemischer Analyse:
C: 0,19-0,25
Si: 0,15-0,50
Mn: 1,10-1,40
P: max. 0,025
S: max. 0,015
Cr: max. 0,35
Mo: max. 0,35
Ti: 0,020-0,050
B: 0,002-0,005
AL: 0,02-0,06
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