DE19741262A1 - Hohlträger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hohlträger mit ein er im Inneren des Hohlträ­ gers angeordneten Einrichtung zur Erhöhung der Steifigkeit.

Auf Biegung beanspruchte Hohlträger knicken bei Überschreitung einer gewissen Biegekraft ein. Hierdurch kommt es zu einem schlagartigen Abfall der vom Hohlträ­ ger übertragbaren Biegekraft. Zur Verhinderung dieses Einknickens ist es bei­ spielsweise aus der DE 39 14 960 C1 bekannt, einen Hohlträger mit einer Verstär­ kungseinrichtung in Form eingeschweißter Trägerprofile zu versehen. Diese Ver­ steifungseinrichtung ist jedoch aufwendig aufgebaut und nicht speziell auf den Beanspruchungsfall der Biegung ausgelegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten Hohlträger mit begrenzter Nachgiebigkeit und gleichzeitig hoher Sicherheit gegen Einknicken unter Biege­ beanspruchung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Während be­ kannte Hohlträger unter Biegebeanspruchung zunächst eine progressive Kraft-Weg-Kennlinie aufweisen und nachfolgend unter signifikantem Abfall der übertragbaren Biegekraft einknicken, wird durch den erfindungsgemäßen Hohlträ­ ger ein Einknicken zuverlässig verhindert. Dabei bleibt eine gewisse Elastizität des Hohlträgers bei Biegebeanspruchung erhalten, da zunächst eine Verformung des Hohlträgers ermöglicht wird, bis schließlich die beiden im Ausgangszustand zuein­ ander beabstandeten Vorsprünge zur Anlage kommen.

Bevorzugt sind an den Innenwandungen des Hohlträgers wenigstens zwei gegen­ überliegende Vorsprünge angeordnet, die im Mittenbereich des Hohlträgers zuein­ ander beabstandet sind. Daneben ist es jedoch ebenso möglich, an nur einer Innenwandung des Hohlträgers einen Vorsprung vorzusehen, der bis nahe an die gegenüberliegende Innenwandung reicht und mit Abstand zu dieser endet, so daß gleichwirkend zu der in Anspruch 1 beschriebenen Anordnung bei geringer Biege­ beanspruchung eine begrenzte Nachgiebigkeit erzeugt wird.

Die einstückige Ausbildung von Hohlträger und Versteifungseinrichtung (Anspruch 2) erbringt im Vergleich zu einem nachträglichen Einsetzen der Versteifungseinrichtung (wie aus der eingangs genannten DE 39 14 960 C1 be­ kannt) Vorteile hinsichtlich der Herstellkosten.

Durch die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 ergibt sich eine gleich­ mäßige Belastbarkeit des Hohlträgers ohne Steifigkeitssprünge. Selbstverständlich können die Vorsprünge auch entlang nur eines Teils der Längserstreckung des Hohlträgers gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt angeordnet sein. Denkbar ist z. B. die Ausbildung aufeinander zuweisender nadelförmiger Vorsprünge.

Die Erfindung läßt sich bei Rohren (Anspruch 4) in besonders vorteilhafter Weise anwenden. Während bekannte Rohrversteifungen in Form ungleicher Wandstär­ ken und/oder von der Kreisform abweichender Querschnitte (wie beispielsweise aus der DE 43 14 538 C2, Fig. 9 bekannt) ebenfalls einknicken, sobald eine Grenzbelastung überschritten wird, zeichnen sich die erfindungsgemäß versteiften Rohre durch ein gleichmäßiges Verformungsverhalten aus. Damit können Rohre, die im Vergleich zu "gebauten" Hohlträgern (wie in der DE 39 14 960 C1 beschrie­ ben) kostengünstig herstellbar sind, in gleicher Weise zur Aufnahme hoher Biege­ kräfte eingesetzt werden.

Strangprofile gemäß Anspruch 5 zeichnen sich durch ihre einfache und wirtschaft­ liche Herstellung aus. Sie können in vielfältigen Querschnittsformen hergestellt werden. Die Mundstücke zur Extrusion der Strangprofile sind im Vergleich zu den für die Herstellung von Strangprofilen aus Stahl benötigten Matrizen ungleich kostengünstiger, so daß erfindungsgemäße Hohlträger aus Leichtmetallen oder Leichtmetall-Legierungen auch für Kleinserien mit vertretbarem Aufwand herge­ stellt werden können. Außerdem können mit Strangprofilen vielfältige Innenformen dargestellt werden.

Die Ansprüche 6 bis 10 beschreiben vorteilhafte Ausbildungen der Versteifungs­ einrichtungen. Neben symmetrisch aufeinander zuweisenden Vorsprüngen (Anspruch 6) kann durch entsprechende Gestaltung der Vorsprünge auch eine Kraftbegrenzung erreicht werden, indem mit Überschreitung einer bestimmten Bie­ gebeanspruchung die Vorsprünge definiert aneinander vorbeigleiten (Anspruch 7). Im Gegensatz hierzu wird bei der Ausbildung der Vorsprünge nach Anspruch 8 durch den Formschluß der beiden Vorsprünge ein Abgleiten verhindert. "Spitz" zu­ laufende Vorsprünge (Anspruch 9) lassen sich in der Anfangsphase ihres Anein­ anderliegens noch leicht verformen, während mit zunehmender Biegekraft eine progressive Kennlinie erreicht wird. Durch die Ausbildung des Hohlträgers nach Anspruch 10 wird eine erhöhte Nachgiebigkeit quer zur Richtung der maximalen Biegesteifigkeit erreicht.

Anspruch 11 beschreibt eine besonders vorteilhafte Verwendung der erfindungs­ gemäßen Hohlträger für ein Überrollschutzsystem eines Kraftfahrzeuges. Als Hohlträger werden dabei überwiegend Rohre mit kreisförmigem oder kreisähn­ lichem Querschnitt eingesetzt, wobei die Vorsprünge im Inneren so angeordnet sind, das sich, bezogen auf den Einbauzustand des Überrollschutzsystems, eine maximale Biegesteifigkeit in Längsrichtung des Fahrzeuges ergibt. Somit wird in dieser kritischen Belastungsrichtung eine hohe Biegesteifigkeit erreicht, während in Fahrzeugquerrichtung die erwünschte Elastizität erhalten bleibt.

Erfindungsgemäße Hohlträger können darüber hinaus beispielsweise auch als Tragrohr für einen Knieaufprallschutz in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Daneben ist eine Vielzahl weiterer Anwendungsfälle in der Fahrzeugtechnik oder auf anderen Gebieten denkbar.

Mögliche Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Die Fig. 1 bis 3 zeigen erfindungsgemäße Hohlträger im Querschnitt.

Fig. 1 zeigt einen Hohlträger 1 in Form eines Rohres mit kreisringförmigem Quer­ schnitt (Symmetrieachsen S1 und S2). Das Rohr 1 wird beispielsweise von einem Strangprofil aus einer Aluminiumlegierung gebildet. Von gegenüberliegenden Be­ reichen der Innenwandung 2 des Rohres 1 stehen radial nach innen zwei rippenar­ tige Vorsprünge 3 ab, die aufeinander zuweisen und deren Endabschnitte 4 mit dem Maß d zueinander beabstandet sind.

Bei einer Biegebeanspruchung in Richtung der Symmetrieachse S1 (Pfeil F) ver­ formt sich das Rohr 1 mit zunehmender Biegebeanspruchung zu einem ovalen Querschnitt, so daß sich die beiden Enden 4 der Vorsprünge 3 aneinander annä­ hern. Diese Belastungsphase ist somit durch einen "weichen" Kraftanstieg gekenn­ zeichnet. Sobald die Vorsprünge 3 zur Anlage kommen, wird eine weitere Verfor­ mung des Rohrquerschnittes behindert, so daß das Rohr 1 auch bei steigender Biegebeanspruchung nicht einknickt und dadurch hohe Biegekräfte aufnehmen kann.

In der Regel wird das Abstandsmaß d zwischen den beiden Vorsprüngen 3 relativ klein ausgeführt werden, um einer stärkeren Verformung des Rohres 1 entgegen­ zuwirken. Bei Aluminium-Strangprofilen kann aus fertigungstechnischen Gründen ein bestimmtes Maß d jedoch nicht unterschritten werden; ebenso sind bei der Gestaltung der Vorsprünge bestimmte Mindestwandstärken und -Radien einzuhal­ ten. Selbstverständlich können erfindungsgemäße Hohlträger auch aus anderen Materialien hergestellt werden, z. B. aus Stahl oder Kunststoff.

Die Vorsprünge 3 sind spiegelbildlich zur Symmetrieachse S2 angeordnet und rei­ chen somit jeweils in den Bereich der neutralen Faser des Rohres 1. Dadurch er­ gibt sich ein besonders gleichmäßiges Verformungsverhalten des Rohres 1 unter Biegebeanspruchung.

Durch die Form der Endabschnitte 4 kann der Kraft-Weg-Verlauf bei Biegebean­ spruchung des Rohres 1 beeinflußt werden. So werden beispielsweise kegel­ stumpfförmige Endabschnitte 4a, wie in Fig. 1 strichliert dargestellt, unter Biegebe­ anspruchung plastisch verformt, so daß erst nach einer Anfangsphase größerer Nachgiebigkeit die Kraft-Weg-Kennlinie progressiv ansteigt.

Neben den beiden in Fig. 1 dargestellten Vorsprüngen 3 ist es ebenso denkbar, mehrere Paare aufeinander zuweisen der Vorsprünge vorzusehen (z. B. bei Rohren mit rechteckförmigem Querschnitt). Diese Vorsprünge können dabei gleichmäßig oder ungleichmäßig am Innenumfang des Rohres 1 verteilt angeordnet sein, je nach Richtung der Biegebeanspruchung.

Fig. 2 zeigt ein Rohr 1 mit Vorsprüngen 3, deren Endabschnitte 4b mit Schrägflä­ chen 5 versehen sind. Nach Überschreitung einer Biegebeanspruchung, durch die die beiden Endabschnitte 4b zur Anlage kommen, gleiten die Endabschnitte 4b entlang ihrer Schrägflächen 5 aneinander vorbei, wodurch eine gezielte Begren­ zung der maximal möglichen Biegebeanspruchung erreicht wird. Mit der Relativbe­ wegung der beiden Schrägflächen 5 werden die Vorsprünge 3 elastisch oder pla­ stisch in Richtung der Pfeile X gegensinnig verformt, so daß eine entsprechend hohe Biegekraft wiederkehrend bzw. einmalig ertragen werden kann.

Das Rohr 1 gemäß Fig. 3 weist unterschiedlich gestaltete Vorsprünge 3a und 3b auf. Der Vorsprung 3a mit seinem rinnenförmigen Endabschnitt 4c ist dabei als Gegenstück zum halbrunden Endabschnitt 4d des Vorsprungs 3b ausgebildet. Durch diesen Formschluß im Fall der Anlage der beiden Vorsprünge 3a und 3b wird ein Abgleiten der Vorsprünge 3a und 3b verhindert und somit eine progressive Kraft-Weg-Kennlinie mit sehr hoher Biegewiderstandskraft des Rohres 1 erreicht.

Der in Fig. 3 strichliert dargestellte Wandbereich 6 zwischen den Vorsprüngen 3a und 3b weist eine reduzierte Wanddicke auf. Hierdurch wird bei einer Biegebean­ spruchung in Richtung der Symmetrieachse S2 eine erhöhte Nachgiebigkeit er­ reicht.

Claims (11)

1. Hohlträger mit einer im Inneren des Hohlträgers angeordneten Einrichtung zur Erhöhung der Steifigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung von Vorsprüngen (3, 3a, 3b) gebildet wird, die an gegenüberliegenden Bereichen der Innenwandung (2) des Hohlträgers (1) angeordnet sind, wobei die freien Endabschnitte (4, 4a, 4b, 4c) der Vorsprünge (3, 3a, 3b) zueinander beabstandet sind und bei einer Biegebeanspruchung des Hohlträgers (1) zur Anlage kommen.

2. Hohlträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (3, 3a, 3b) einstückig an die Innenwandung (2) des Hohlträgers (1) angeformt sind.

3. Hohlträger nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Vorsprünge (3, 3a, 3b) über einen wesentlichen Teil der Längserstreckung des Hohlträgers (1) erstrecken.

4. Hohlträger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlträger von einem Rohr (1) gebildet wird.

5. Hohlträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlträger von einem Strangprofil (1) aus einem Leichtmetall gebildet wird.

6. Hohlträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (3) symmetrisch ausgebildet sind.

7. Hohlträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (4b) der Vorsprünge (3) derart ausgebildet sind, daß sie bei Überschreitung einer bestimmten Bie­ gebeanspruchung des Hohlträgers (1) aneinander vorbeigleiten.

8. Hohlträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (4c, 4d) der Vorsprünge (3a, 3b) mit zunehmender Biegebeanspruchung des Hohlträgers (1) form­ schlüssig ineinandergreifen.

9. Hohlträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (4a) der Vorsprünge (3) in Richtung ihrer freien Enden einen abnehmenden Querschnitt aufweisen.

10. Hohlträger nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlträger (1) im Bereich (6) zwischen den Vorsprüngen (3a, 3b) eine geringere Wanddicke als im Bereich der Anbindung der Vorsprünge (3a, 3b) aufweist.

11. Überrollschutzsystem, insbesondere für ein oben offenes Fahrzeug, mit einem Hohlträger (1) nach wenigstens einem der vorgenannten Ansprüche.