DE19948364A1 - Säulen-Verbindungsstruktur für einen Kraftwagen - Google Patents

Abstract

Ein Seitenschweller (1) hat eine stufenartige Konfiguration mit Stufenabschnitten (1a, 1b), die wiederum Oberflächen von unteren und oberen Stufen aufweisen, und mit einem hochstehenden Zwischenabschnitt (1c), der von dem Stufenabschnitt (1a) hochsteht, um den Stufenabschnitt (1b) der oberen Stufe zu erreichen. Ein Unterende einer Mittelsäule (2) mit im wesentlichen winkligem, 8-förmigen Querschnitt ist in Übereinstimmung mit der stufenartigen Konfiguration des Seitenschwellers (1) ausgeschnitten. Der Ausschnitt der Mittelsäule (2) legt die Zwischenwand (2a) frei, und die freiliegende Zwischenwand (2a) wird dann mit dem hochstehenden Abschnitt (1c) in Anlage gebracht, worauf die so erzeugten Anlageabschnitte aneinander geschweißt werden, so dass der Seitenschweller (1) und die Mittelsäule (2) miteinander integriert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Säulen-Verbindungsstruktur für einen Kraftwa­ gen.

Herkömmlich betrachtete man die Verwendung von Aluminium für Struktur­ elemente einer Fahrzeugkarosserie als eine Möglichkeit, das Gewicht eines Fahrzeugs zu reduzieren. Eine in Fig. 4 gezeigte Rahmenstruktur ist eine von Rahmenstrukturen, die für Personenwagen verwendet wird. Eine Frontsäule 112 und eine Mittelsäule 113 als Säule eines Kraftwagens sind jeweils an ihren unteren Endabschnitten mit einem Seitenschweller 111 verbunden.

Bei der oben beschriebenen Verbindung der Säulen mit dem Seitenschweller wird beispielsweise das Unterende der Frontsäule (Mittelsäule) stumpf auf den Seitenschweller geschweißt, so dass beide Elemente als Teil einer Rah­ menstruktur miteinander integriert werden. Jedoch verbleibt das Risiko, dass durch Stumpfschweißung der Mittelsäule an den Seitenschweller nur dort, wo sich die erstere an dem letzteren abstützt, sich keine ausreichende Festigkeit zum Schutz gegen Seitenkollision erreichen lässt.

Zur Lösung des obigen Problems ist es Aufgabe der Erfindung, eine aus­ reichende Festigkeit sicherzustellen, ohne die Anzahl der Komponenten in der Verbindung einer Automobil-Säule mit dem Seitenschweller oder der­ gleichen zu erhöhen.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Säulen-Verbindungsstruktur für einen Kraftwagen vorgeschlagen, umfassend: ein Seitenelement mit einem stufen­ artigen Verbindungsabschnitt, wobei der stufenartige Verbindungsabschnitt eine obere Fläche, eine untere Fläche und eine hochstehende Fläche auf­ weist, die sich im wesentlichen winklig an die obere und die untere Fläche anschließt; und ein Säulenelement, das an dem stufenartigen Verbindungs­ abschnitt im wesentlichen winklig mit dem Seitenelement verbunden ist. Das Säulenelement und das Seitenelement sind in einem Zustand aneinan­ der geschweißt, in dem eine axiale Endseite bzw. Stirnseite des Säulenele­ ments mit der unteren Fläche des Seitenelements in Anlage gebracht ist und ein axialer Endabschnitt des Säulenelements mit der hochstehenden Fläche des Seitenelements in Anlage gebracht ist.

Da bei dieser Struktur das Säulenelement und das Seitenelement, die im wesentlichen in rechten Winkeln aufeinander treffen, nicht nur an der axia­ len Endseite des Säulenelements miteinander verbunden sind, sondern auch am hochstehenden Abschnitt des Seitenelements, kann der axiale Endab­ schnitt des Säulenelements durch den hochstehenden Abschnitt des Seiten­ elements auch dann gestützt werden, wenn auf den axialen Endabschnitt des Säulenelements infolge einer Seitenkollision eine externe Kraft einwirkt, wodurch sich eine ausreichende Festigkeit gegen Seitenkollision erzielen lässt.

Bevorzugt umfasst das Säulenelement eine Mittelsäule, die so extrudiert ist, dass sie einen viereckigen bzw. rechtwinkligen, hohlen Querschnitt auf­ weist, der in Querrichtung der Fahrzeugkarosserie durch eine Zwischen­ wand unterteilt ist. Hier umfasst das Seitenelement einen Seitenschweller eines Bodenabschnitts der Fahrzeugkarosserie. Die Zwischenwand des hier­ durch unterteilten viereckigen, hohlen Querschnittelements erstreckt sich längs über die volle Länge der Mittelsäule zur Verwendung als Trennwand. Ein in Querrichtung äußerer viereckiger bzw. rechtwinkliger, hohler Quer­ schnittsabschnitt der Mittelsäule ist an einem oberen Abschnitt desselben ausgeschnitten, damit er einen in Querrichtung inneren viereckigen bzw. rechtwinkligen, hohlen Querschnittsabschnitt desselben belässt, während ein in Querrichtung innerer viereckiger bzw. rechtwinkliger, hohler Abschnitt der Mittelsäule an einem unteren Abschnitt desselben so ausgeschnitten ist, dass er einen in Querrichtung äußeren viereckigen bzw. rechtwinkligen, hohlen Querschnittsabschnitt desselben belässt. Hierbei wird eine axiale Endfläche des unteren Abschnitts der Mittelsäule mit einem Stufenabschnitt des Seitenschwellers in Anlage gebracht, während ein unterer Endabschnitt des unteren Abschnitts der Zwischenwand mit einem hochstehenden Ab­ schnitt des Seitenschwellers in Anlage gebracht wird, wodurch die Mittel­ säule und der Seitenschweller durch Schweißung miteinander verbunden werden.

Hierdurch kann die Mittelsäulenkonfiguration unter Verwendung des extru­ sionsgeformten Elements mit viereckigem bzw. rechtwinkligem, hohlem Querschnitt geformt werden, der durch die Zwischenwand unterteilt ist. Obere und untere Abschnitte der Mittelsäule sind jeweils relativ zueinander nach innen und nach außen in Querrichtung der Fahrzeugkarosserie vonein­ ander versetzt. Der untere Abschnitt der Mittelsäule, der als viereckiger bzw. rechtwinkliger Abschnitt mit hohlem Querschnitt verbleibt, wird mit dem hochstehenden Abschnitt des Seitenschwellers in Anlage gebracht, wodurch man gegen Seitenkollision eine ausreichende Festigkeit erhält.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht eines Hauptteils einer Mittelsäu­ le eines Kraftwagens unter Anwendung der Erfindung, in einem Zu­ stand, in dem die Mittelsäule mit einem Seitenschweller verbunden ist;

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt des Abschnitts von Fig. 1, wo die Mittel­ säule mit dem Seitenschweller verbunden ist;

Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht eines Hauptteils einer anderen Ausführung; und

Fig. 4 eine schematische Perspektivansicht einer Rahmenstruktur eines Kraftwagens.

Fig. 1 ist eine schematische Perspektivansicht eines Zustands, in dem eine Mittelsäule als Säulenelement eines Kraftwagens mit einem Seitenschweller verbunden ist, unter Anwendung einer erfindungsgemäßen Mittelsäule. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Seitenschweller 1 dieser Fahrzeugkarosserie in eine Stufenkonfiguration extrusionsgeformt, die quer nach außen orientiert ist und im Querschnitt L-förmig ist, und der Seitenschweller 1 erstreckt sich längs einem Seitenrand eines Bodenabschnitts der Fahrzeugkarosserie. Die Mittelsäule 2 ist im Querschnitt in einer angenähert winkligen 8-Form ex­ trudiert und ist mit einem Mittelabschnitt des Seitenschwellers 1 derart ver­ bunden, daß er von dort hochsteht. Die Mittelsäule 2 ist an ihrem oberen Endabschnitt durch Schweißung mit einer Seitenschiene eines Dach­ abschnitts der Fahrzeugkarosserie verbunden, wie in Fig. 4 gezeigt, welche eine allgemeine Rahmenstruktur für einen Personenwagen zeigt.

Der Seitenschweller 1, mit dem das Unterende der Mittelsäule 2 verbunden ist, ist zu einer stufenartigen Konfiguration geformt, wie oben beschrieben, und besitzt Stufenabschnitte 1a, 1b, die jeweils Oberseiten oberer und un­ terer Stufen aufweisen, sowie einen hochstehenden Mittelabschnitt 1c mit einer Wand, die von dem Stufenabschnitt 1a hochsteht, so dass sie den Stufenabschnitt 1b der oberen Stufe erreicht.

In dieser Ausführung ist ein unterer Endabschnitt der Mittelsäule 2 in Über­ einstimmung mit der stufenartigen Konfiguration des Seitenschwellers 1 ausgeschnitten. Wie gut in Fig. 2 zu sehen, ist die Zwischenwand 2a, die den angenähert winkligen, 8-förmigen Querschnitt bildet, teilweise durch den Ausschnitt freigelegt, und ein freiliegender Abschnitt der Zwischen­ wand 2a ist so ausgestaltet, dass er an dem hochstehenden Abschnitt 1c anliegt. Dann werden Ränder 2b der unteren Endabschnitte der Mittelsäule 2, die an dem Stufenabschnitt 1a anliegen, sowie Ränder der Zwischen­ wand 2a, die an dem hochstehenden Abschnitt 1c anliegen, verschweißt, wodurch die Mittelsäule 2 mit dem Seitenschweller 1 verbunden wird.

Falls bei der obigen Struktur von der Seite der Fahrzeugkarosserie auf die Mittelsäule 2 während einer Seitenkollision eine externe Kraft einwirkt, wird die Zwischenwand 2a der Mittelsäule 2 durch den hochstehenden Mittel­ abschnitt 1c des Seitenschwellers 1 zurückgehalten. Daher kann eine aus­ reichende Festigkeit gegen einen Aufprall bei einer Seitenkollision sicher­ gestellt werden, ohne ein T-förmiges Verbindungselement vorzusehen, wie etwa bei der herkömmlichen Säulen-Verbindungsstruktur. Demzufolge kön­ nen die Teilezahl und die zur Montage erforderlichen Mann-Stunden in gün­ stiger Weise reduziert werden. Einen weiteren Beitrag zur Festigkeitsver­ besserung liefern die stufenartige Konfiguration des Seitenschwellers 1, die Konfiguration der Mittelsäule 2, die komplementär zur stufenartigen Konfi­ guration ist, und die Zunahme der Schweißstrecke, entlang der der Seiten­ schweller 1 und die Mittelsäule 2 an ihren Kontaktabschnitten miteinander verschweißt sind. Dies trägt ferner zur Minderung der Teilezahl bei und zur Minderung der zur Montage erforderlichen Mann-Stunden.

Ferner erstreckt sich ein quer nach außen weisender Teil einer Außenwand der Mittelsäule 2 in eine zungenartige Konfiguration 2c derart, dass er an einem hochstehenden Abschnitt 1d anliegt, der von einer Unterfläche des Seitenschwellers 1 hochsteht und den Stufenabschnitt 1a der unteren Stufe erreicht. Beim Anschweißen der Mittelsäule 2 an den Seitenschweller 1 wird eine vorübergehende Fixierung der zwei Elemente aneinander erleich­ tert, indem der zungenartige Abschnitt 2c mit den hochstehenden Abschnitt 1c in Anlage gebracht ist, und diese Anlage dient auch zur Verbesserung der Positioniergenauigkeit und der Schweißstabilität.

In der in den Zeichnungen dargestellten Ausführung wird die Verbindung der Mittelsäule 2 beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die Mit­ telsäule 2 beschränkt ist, sondern auch auf die Vordersäule oder derglei- chen anwendbar ist. Das heißt, dass man eine ähnliche Effektivität wie oben erreichen kann, wenn ein Verbindungsabschnitt der Frontsäule an dem Seitenschweller in ähnlicher Weise konfiguriert ist.

Wenn die Säule einen im wesentlichen winkeligen, 8-förmigen Querschnitt hat, wird die Säule sehr biegefest, da die Zwischenwand 2a einen Neutral­ punkt darstellt und dort nicht zur Streckungsfestigkeit beiträgt. Da ferner die vorgenannte Verbindungsstruktur zwischen der Mittelsäule mit diesem Querschnitt und dem Seitenschweller 1 mit der stufenartigen Konfiguration ein Torsionsmoment mindern kann, das während einer Seitenkollision auf den Seitenschweller 1 einwirkt, kann die Festigkeit gegen einen Seitenauf­ prall bei einer Seitenkollision erhöht werden.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 3 eine andere Ausführung nach der vor­ liegenden Erfindung beschrieben. Jene Abschnitte, die in Bezug auf die obi­ ge Ausführung beschrieben sind, sind mit den gleichen Bezugszahlen verse­ hen, und ihre gesonderte Beschreibung wird weggelassen. Eine in Fig. 3 gezeigte Mittelsäule 12 ist ebenfalls zu einer Konfiguration extrudiert, die einen im wesentlichen winkligen, 8-förmigen Querschnitt hat, wobei jedoch die Mittelsäule 12 dieser Ausführung so konstruiert ist, dass ein oberer Sei­ tenabschnitt der Mittelsäule 12, der mit einer Seitenschiene eines Dach­ abschnitts verbunden ist, in Querrichtung an der Innenseite des Fahrzeugs einen inneren Abschnitt 12d mit kastenförmigem Querschnitt aufweist. Ein unterer Seitenabschnitt der Mittelsäule 12, der mit einem Seitenschweller 1 verbunden ist, weist in Querrichtung an der Außenseite des Fahrzeugs ei­ nen äußeren Abschnitt 12e mit kastenförmigem Querschnitt auf. Der ange­ nähert winklige, 8-förmige Querschnitt ist an einem Mittelabschnitt zwi­ schen dem oberen und dem unteren Seitenabschnitt teilweise belassen.

Ein unterer Endabschnitt des äußeren Abschnitts 12e wird an dem Stufen­ abschnitt 1a der unteren Stufe des Seitenschwellers 1 mit stufenartigem Querschnitt derart angeordnet, dass er wie in der vorigen Ausführung da­ von hochsteht, und eine Zwischenwand 12a wird mit den hochstehenden Abschnitt 1c des Seitenschwellers 1 gebracht. Dann werden die Ränder 12b des äußeren Abschnitts 12e, die an dem Stufenabschnitt 1a anliegen, und die Ränder der Zwischenwand 12a, die an dem hochstehenden Ab­ schnitt 1c anliegen, verschweißt, wodurch die Mittelsäule 12 mit dem Sei­ tenschweller 1 verbunden wird. Darüber hinaus ist ähnlich der vorigen Aus­ führung ein zungenartiger Abschnitt 12c ausgebildet, der eine ähnliche Wir­ kung hat wie in der obigen Ausführung.

Der obere Abschnitt der Mittelsäule 12 ist relativ zu dessen unterem Ab­ schnitt in Querrichtung innen angeordnet, so dass der obere Abschnitt in Querrichtung innerhalb der Glasflächen der Türen liegt, während der untere Abschnitt der Mittelsäule 12 relativ zum oberen Abschnitt desselben in Querrichtung außen angeordnet ist, so dass eine Sicherheitsgurt-Rückzieh­ vorrichtung im unteren Bereich des unteren Abschnitts angebracht werden kann.

Auch wenn bei dieser Mittelsäule 12 während einer Seitenkollision eine externe Kraft von der Seite der Fahrzeugkarosserie einwirkt, kann die Fe­ stigkeit gegen Seitenkollision erhöht werden, da die Zwischenwand 12a der Mittelsäule 12 durch den mittleren hochstehenden Abschnitt 1c des Seiten­ schwellers 1 abgestützt ist, und man erhält eine ähnliche Wirkung wie in der vorigen Ausführung. Ferner können zwei Extrusionselemente mit jeweils einem angenähert kastenförmigen Querschnitt teilweise zur Bildung einer einzigen Mittelsäule aneinander geschweißt werden. Da jedoch in diesem Fall die Dicke eines geschweißten Zwischenabschnitts größer wird (weil sich die Dicke dort durch die überlappenden Abschnitte der zwei Elemente verdoppelt), konzentriert sich die Belastung normalerweise an einer Über­ gangsstelle der Plattendicke. Da jedoch bei der Ausführung der Erfindung die Zwischenwand 12a gemeinsam für die oberen und unteren Abschnitte verwendet wird, ändert sich der Querschnitt der Zwischenwand 12a nicht, so dass es dort zu keiner Spannungskonzentration kommt.

Obwohl die Ausführung anhand der Mittelsäule beschrieben wurde, ist sie nicht hierauf beschränkt und ist auch bei einer Frontsäule oder dergleichen anwendbar.

Da der axiale Endabschnitt des Säulenelements, der mit dem Seitenelement so verbunden ist, dass sie im wesentlichen rechtwinklig zusammentreffen, mit den hochstehenden Abschnitt des Seitenelements in Anlage gebracht und damit verbunden wird, wird der axiale Endabschnitt des Säulen­ elements, das von der Seite her eine externe Kraft aufnimmt, durch den hochstehenden Abschnitt des Seitenelements gestützt, wodurch man eine ausreichende Festigkeit gegen einen Seitenaufprall durch Seitenkollision erhalten kann. Ferner sind die Säulen-Verbindungsstrukturen nach der vor­ liegenden Erfindung auch bei einer Mittelsäulenkonfiguration anwendbar, bei der eine obere und eine untere Hälfte relativ in Querrichtung nach innen bzw. nach außen relativ zueinander versetzt sind, so dass sich auch in die­ sem Fall eine ausreichende Festigkeit erhalten lässt, um einen Seitenaufprall bei einer Seitenkollision aufnehmen zu können.

Ein Seitenschweller 1 hat eine stufenartige Konfiguration mit Stufen­ abschnitten 1a, 1b, die wiederum Oberflächen von unteren und oberen Stu­ fen aufweisen, und mit einem hochstehenden Zwischenabschnitt 1c, der von dem Stufenabschnitt 1a hochsteht, um den Stufenabschnitt 1b der oberen Stufe zu erreichen. Ein Unterende einer Mittelsäule 2 mit im wesent­ lichen winkligem, 8-förmigem Querschnitt ist in Übereinstimmung mit der stufenartigen Konfiguration des Seitenschwellers 1 ausgeschnitten. Der Ausschnitt der Mittelsäule 2 legt die Zwischenwand 2a frei, und die freilie­ gende Zwischenwand 2a wird dann mit dem hochstehenden Abschnitt 1c in Anlage gebracht, worauf die so erzeugten Anlageabschnitte aneinander geschweißt werden, so dass der Seitenschweller 1 und die Mittelsäule 2 miteinander integriert werden.

Claims (5)

1. Säulen-Verbindungsstruktur für einen Kraftwagen, umfassend:
ein Seitenelement (1) mit einem stufenartigen Verbindungs­ abschnitt, wobei der stufenartige Verbindungsabschnitt eine obere Fläche (1b), eine untere Fläche (1a) und eine hochstehende Fläche (1c) aufweist, die sich im wesentlichen orthogonal an die obere und die untere Fläche anschließt; und
ein Säulenelement (2), das an dem stufenartigen Verbindungs­ abschnitt im wesentlichen orthogonal mit dem Seitenelement (1) ver­ bunden ist,
wobei das Säulenelement (2) und das Seitenelement (1) in ei­ nem Zustand aneinander geschweißt sind, in dem eine axiale Endsei­ te des Säulenelements (2) mit der unteren Fläche (1a) des Seitenele­ ments (1) in Anlage gebracht ist und ein axialer Endabschnitt des Säulenelements (2) mit der hochstehenden Fläche (1c) des Seiten­ elements (1) in Anlage gebracht ist.

2. Säulen-Verbindungsstruktur für einen Kraftwagen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Säulenelement (2) eine Mittelsäule ist, die so extrudiert ist, dass sie zumindest teilweise einen im we­ sentlichen winkeligen, 8-förmigen Querschnitt hat, und das Seiten­ element (1) ein Seitenschweller eines Bodenabschnitts des Kraftfahr­ zeugs ist.

3. Säulen-Verbindungsstruktur für einen Kraftwagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelsäule (2) mit dem im wesent­ lichen winkeligen, 8-förmigen Querschnitt einen Verbindungs­ abschnitt aufweist, wobei die axiale Endseite mit der unteren Fläche (1a) des Seitenschwellers (1) in Anlage gebracht ist, wobei eine an­ dere axiale Endseite mit der oberen Fläche (1b) des Seitenschwellers (1) in Anlage gebracht ist, wobei der axiale Endabschnitt mit der hochstehenden Fläche (1c) des Seitenschwellers (1) in Anlage ge­ bracht ist, derart, dass der Verbindungsabschnitt der Mittelsäule (2) mit dem stufenartigen Verbindungsabschnitt des Seitenschwellers (1) zusammenpasst.

4. Säulen-Verbindungsstruktur für einen Kraftwagen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Endabschnitt der Mittelsäule (2) ein Ende einer Zwischenwand (2a) des im wesentlichen winkligen, 8-förmigen Querschnitts ist.

5. Säulen-Verbindungsstruktur für einen Kraftwagen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelsäule (12) umfasst:
einen oberen Abschnitt (12d) mit kastenförmigem Querschnitt;
einen unteren Abschnitt (12e), der relativ zu dem oberen Ab­ schnitt (12d) in Querrichtung des Kraftfahrzeugs außen angeordnet ist, wobei der untere Abschnitt (12e) einen kastenförmigen Quer­ schnitt aufweist; und
einen Verbindungsabschnitt, der ein Unterende des oberen Ab­ schnitts (12d) mit einem Oberende des unteren Abschnitts (12e) ver­ bindet, wobei der Verbindungsabschnitt im wesentlichen den wink­ ligen, 8-förmigen Querschnitt aufweist,
wobei sich eine Zwischenwand (12a) des im wesentlichen winkligen, 8-förmigen Querschnitts an dem Verbindungsabschnitt über die Gesamtlänge der Mittelsäule (12) erstreckt, um eine Seite des unteren Abschnitts (12e) und eine Seite des oberen Abschnitts (12d) zu bilden,
wobei die Mittelsäule (12) und der Seitenschweller (1) in einem Zustand aneinander geschweißt sind, in dem die axiale Endseite (12b) des unteren Abschnitts (12e) mit der unteren Fläche (1a) des Seitenschwellers (1) in Anlage gebracht ist und das axiale Ende der einen Seite des unteren Abschnitts (12e) mit der hochstehenden Flä­ che (1c) des Seitenschwellers (1) in Anlage gebracht ist.