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Die
Erfindung betrifft ein Trägerhohlprofil
zur Befestigung an einem Seitenschweller eines Kraftwagens.
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Aus
dem Serienfahrzeugbau von Kraftwagen sind eine Vielzahl von unterschiedlichen
Gestaltungen von Seitenschwellern bekannt. In einer Ausführungsform
werden dabei eine Mehrzahl von Blechenschalen miteinander punktverschweißt, um hierdurch eine
kastenförmige
Trägerstruktur
zu bilden. In einer anderen Ausführungsform
sind die Seitenschweller als Trägerhohlprofile
gestaltet, welche beispielsweise in einem Strangpressverfahren hergestellt
und über Knotenelemente
mit angrenzenden Karosseriebauteilen verbunden sind. Letztere Ausgestaltung
der Seitenschweller als Strangpressprofile finden insbesondere bei
so genannten Space-Frame-Bauweisen der Kraftwagenkarosserie Anwendung.
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Um
die Erfordernisse hinsichtlich des Seitenaufprallschutzes erfüllen zu
können,
welche in der Simulation beziehungsweise im Crashversuch beispielsweise
anhand des so genannten Pfahlaufpralls ermittelt werden, müssen heutzutage
die Trägerhohlprofile
der Seitenschweller mit enormen Wanddicken ausgebildet werden. Dabei
werden gelegentlich Verstärkungselemente
in das Profil des Seitenschwellers integriert, um die Steifigkeit,
insbesondere die Knicksteifigkeit des Seitenschwellers punktuell
zu erhöhen.
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Als
weiter problematisch bei den bekannten Seitenschwellern ist der
Umstand anzustehen, dass der Kraftwagen bei einem Aufprall auf den
Pfahl seitlich aufsteigt, wodurch eine schräg von oben nach unten in Richtung
zur Fahrzeugmitte hin gerichtete Unfallkraft auf den Seitenschweller
wirkt. Diese schräg
von oben wirkende Unfallkraft, die den Seitenschweller nicht nur
deformiert, sondern auch in Richtung nach unten verlagert, kann
gegebenenfalls die Wirkungsweise des Seitenaufprallschutzes beeinträchtigen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Trägerhohlprofil der eingangs
genannten Art zu schaffen, welches einerseits eine gewichtsgünstige Gestaltung
des Seitenschwellers zulässt und
darüber
hinaus einen verbesserten Seitenaufprallschutz bietet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Trägerhohlprofil
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
mit zweckmäßigen und
nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um
einen Seitenschweller zu schaffen, der einerseits äußerst leicht
gestaltet ist und andererseits einen besonders zuverlässigen Seitenaufprallschutz bietet,
wird erfindungsgemäß ein Trägerhohlprofil
zur Festlegung am Seitenschweller vorgeschlagen, welches ein dessen
Außenkontur
bildendes Außenprofil mit
wenigstens einer innerhalb von diesem angeordneten Stützrippe
umfasst. Mittels dieser wenigstens einen Stützrippe ist ein nach außen gewandter Wandbereich
des Außenprofils,
welcher beispielsweise bei einem Pfahlaufprall getroffen wird, so
abgestützt,
dass die Stützrippe
schräg
nach oben außen
gerichtet an den Wandbereich des Außenprofils anschließt. Mit
anderen Worten ist das an dem Seitenschweller zu befestigende Trägerhohlprofil
so ausgebildet, dass der bei einem Seitenaufprall getroffene Wandbereich
optimal mittels der schräg
nach oben gerichteten Stützrippe
abgestützt
ist. Durch die Ausrichtung der Stützrippe schräg nach oben
wird dabei insbesondere erreicht, dass die vorstehend erläuterte,
von schräg
oben nach unten zur Fahrzeugmitte hin gerichtete und im besonderen
auf den nach außen
gewandten Wandbereich wirkende Unfallkraft besonders vorteilhaft
aufgenommen wird. Die wenigstens eine Stützrippe richtet sich somit
beim Pfahlaufprall gegen die durch den Pfahl wirkende Unfallkraft,
so dass bei einem nachfolgenden Aufsteigen des Kraftwagens gegenüber dem
Pfahl stets gewährleistet
ist, dass die wenigstens eine Stützrippe
den beaufschlagten Wandbereich optimal hält.
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Durch
die schräg
nach oben gerichtete Anordnung der wenigstens einen Stützrippe
wird darüber
hinaus erreicht, dass diese beim Aufsteigen des Kraftwagens entlang
des Pfahls zur Horizontalen hin nach unten bewegt wird und demgemäß während des
gesamten Aufpralls gegen den Pfahl gerichtet bleibt. Dies wird in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung insbesondere dann erreicht,
wenn die wenigstens eine Stützrippe
eine Schwenk- oder Biegeach se aufweist, um welche die Stützrippe
bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung bei einem Seitenaufprall
des Trägerhohlprofils
zu verschwenken bzw. biegen ist. Mit anderen Worten ist der nach
außen
gewandten Wandbereich somit über
wenigstens eine Stützrippe
abgestützt,
welche bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Trägerhohlprofils
bzw. des Wandbereichs entsprechend um ihre Schwenk- oder Biegeachse
zu bewegen ist, wodurch sie während
des gesamten Aufpralls gegen den Pfahl in optimaler Weise gegen
diesen gerichtet bleibt. Durch diese optimale Ausrichtung der wenigstens
einen Stützrippe
wird außerdem
erreich, dass deren Wanddicke sowie die gesamte Struktur der Trägerhohlprofils
relativ gering bemessen werden kann, was zu einer erheblichen Gewichtseinsparung
führt.
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Da
das Trägerhohlprofil
darüber
hinaus lediglich über
einen bestimmten Längenbereich
am Seitenschweller angeordnet zu werden braucht, ergibt sich ein
besonders günstiges
Gewicht der gesamten Anordnung bestehend aus dem Seitenschweller
und dem Trägerhohlprofil.
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Eine
besonders zuverlässige
Abstützung des
Wandbereichs kann darüber
hinaus erreicht werden, wenn die wenigstens eine Stützrippe
im Wesentlichen eben ausgebildet ist.
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Darüber hinaus
ergibt sich eine besonders zuverlässige Abstützung des nach außen gewandten Wandbereichs
dadurch, dass die Stützrippe
im Bereich einer Eckkante des Außenprofils anschließt.
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Die
Stützrippe
selbst kann mit ihrem dem nach außen gewandten Wandbereich abgewandten Ende
besonders zuverlässig
abgestützt
werden, wenn diese an einer weiteren Eckkante des Außenprofils
anschließt.
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Werden
hingegen wenigstens zwei schräg nach
oben außen
weisende und an den Wandbereich des Außenprofils anschließende Stützrippen
vorgesehen, so ergibt sich nicht nur eine besonders zuverlässige Abstützung des
Wandbereichs, sondern im Falle eines Seitenaufpralls des Trägerprofils
eine im Wesentlichen parallelogrammartige Verlagerung der beiden
Stützrippen
sowie des daran festgelegten Wandbereichs nach unten.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der nach außen gewandte
Wandbereich des Außenprofils
in einem spitzen Winkel von vorzugsweise etwa 20 bis 30° gegenüber der
Horizontalen nach außen
unten geneigt. Eine derarti ge Orientierung des Wandbereichs hat
sich als vorteilhaft gezeigt, um die beim Seitenaufprall in das
Trägerhohlprofil
eingeleiteten Kräfte
besonders vorteilhaft an die Stützrippen beziehungsweise
die dahinter liegende Struktur des Trägerhohlprofils und des Seitenschwellers übertragen
zu können.
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Dabei
hat es sich als zudem vorteilhaft gezeigt, wenn die wenigstens eine
Stützrippe
in einem Winkel von etwa 40 bis 50° gegenüber der Horizontalen schräg nach oben
außen
geneigt ist. Bei einer derartigen Neigung ist die wenigstens eine
Stützrippe beim
Aufprall auf einen Pfahl in besonders guter Weise gegen die auf
den Wandbereich von schräg
oben nach unten zur Fahrzeugmitte hin wirkenden Unfallkraft gerichtet.
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Umfasst
das Trägerhohlprofil
außenseitig
einen nach unten hin abkragenden Profilbereich, über welchen dieses in Fahrzeugquerrichtung
zur Fahrzeugmitte hin an dem zugeordneten Seitenschweller abgestützt ist,
so ergibt sich eine besonders zuverlässige Befestigung des Trägerhohlprofils
an dem Seitenschweller nach Art eines Formschlusses, welcher in
Fahrzeugquerrichtung zur Fahrzeugmitte hin wirkt.
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Schließlich hat
es sich als vorteilhaft gezeigt, das Trägerhohlprofil als sich lediglich über eine Teillänge des
Seitenschwellers erstreckendes Verstärkungsteil auszubilden, um
hierdurch eine besonders gewichtsgünstige und dennoch äußerst sichere Befestigungsanordnung
des Trägerhohlprofils
an dem Seitenschweller zu erreichen. Als im Rahmen der Erfindung
ist es jedoch zu betrachten, dass das Trägerhohlprofil auch als integraler
beziehungsweise einteiliger Bestandteil des Seitenschwellers gestaltet sein
könnte.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine
schematische und ausschnittsweise Perspektivansicht auf eine Karosserie
eines Kraftwagens im Bereich ihrer Fahrgastzelle, deren Wagenboden
seitlich durch einen Seitenschweller begrenzt ist, wobei in einem
hinteren Bereich einer Türöffnung der
Karosserie ein Trägerhohlprofil
zur Erhöhung
des Seitensaufprallschutzes auf der Außenseite des Seitenschwellers
angeordnet ist;
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2 eine
schematische Draufsicht auf die ausschnittsweise erkennbare Fahrgastzelle
der Kraftwagenkarosserie im Bereich des Seitenschwellers, an welchem
das Trägerhohlprofil
gemäß 1 als
Seitenaufprallschutz insbesondere bei einem Aufprall auf einen schematisch
angedeuteten Pfahl gemäß 1 dargestellt
ist; und in
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3 eine
schematische Schnittansicht durch den Seitenschweller gemäß den 1 und 2 im
Bereich der Befestigungsanordnung des Trägerhohlprofils zum Seitenaufprallschutz,
wobei der Seitenschweller mit einer außenseitigen Verkleidung versehen
ist.
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In 1 ist
in einer schematischen Perspektivansicht ausschnittsweise eine Fahrgastzelle 10 einer
Kraftwagenkarosserie erkennbar, von der im Wesentlichen ein Bereich
nahe eines einen Wagenboden 12 seitlich begrenzenden linken
Seitenschweller 14 erkennbar ist. Nach hinten hin ist die
Fahrgastzelle 10 durch eine hintere Hecktrennwand 16 begrenzt, an
deren Außenseite
sich eine B-Säule 18 erstreckt. Demzufolge
umfasst die vorliegende Kraftwagenkarosserie lediglich zwei Seitentüren. Ausgehend
von einem Bereich unterhalb der B-Säule 18 erstreckt sich
der Seitenschweller 14 nach vorne hin bis zu einer vorderen
Türsäule 20,
an welche sich innenseitig eine ausschnittsweise erkennbare vordere
Stirnwand 22 anschließt.
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In
Zusammenschau mit 2, welche die Fahrgastzelle 10 ausschnittsweise
im Bereich des Seitenschwellers 14 gemäß 1 darstellt,
wird die Befestigungsanordnung eines Trägerhohlprofils 24 an
einer äußeren, im
Wesentlichen ebenen Längsseite 26 des
Seitenschwellers 14 erkennbar. Darüber hinaus ist aus den 1 und 2 ersichtlich,
dass sich das Trägerhohlprofil 24 lediglich über eine Teillänge des
Seitenschwellers 14 erstreckt und als Seitenaufprallschutz
bei einem Pfahlaufprall mit einem symbolisch angedeuteten Pfahl 28 dient.
Demzufolge erstreckt sich das Trägerhohlprofil 24 vorliegend
lediglich über
etwa ein Drittel der Länge
des Seitenschwellers 14.
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Anhand
von 3, welche den Seitenschweller 14 im Bereich
der Befestigungsanordnung des Trägerhohlprofils 24 in
einer schematischen Schnittansicht entlang einer in Fahrzeugquerrichtung und
vertikal verlaufenden Schnittebene zeigt, wird insbesondere das
Querschnittsprofil der beiden relevanten Bauteile – des Seitenschwellers 14 und
des Trägerhohlprofils 24 – erkennbar.
Zunächst
ist erkennbar, dass sich der Seitenschweller 14 mit einem inneren
unteren Bereich außenseitig
an den Wagenboden 12 an schließt. Die Verbindung zwischen
dem Wagenboden 12 und dem Seitenschweller 14 kann beispielsweise
mittels einer Kleb- oder Schweißverbindung
erfolgen. Darüber
hinaus ist erkennbar, dass der Seitenschweller 14 aus einem
unteren Hohlprofil 30 gestaltet ist, auf welches oberseitig
ein im Wesentlichen umgekehrt U-förmiges Profilelement 32 aufgesetzt
und beispielsweise mittels einer Kleb- oder Schweißverbindung
befestigt ist. Das Hohlprofil 30 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als Strangpressprofil mit einer Mehrzahl von Hohlkammern 34 ausgebildet.
Am vorderen und hinteren Ende kann das Hohlprofil 30 über Knotenelemente mit
angrenzenden Karosseriebauteilen in der so genannten Space-Frame-Bauweise
verbunden sein. Alternativ kann das Hohlprofil 30 auch
in Blechschalenbauweise hergestellt sein. Ebenfalls als Blechschale vorzugsweise
aus einem Aluminiumwerkstoff ist vorliegend das Profilelement 32 ausgebildet.
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Nach
außen
hin umfasst das Hohlprofil 30 des Seitenschwellers 14 einen äußeren Profilbereich 36,
der ebenfalls eine Hohlkammer 34 begrenzt und durch welchen
die Längsseite 26 gebildet
ist, an welcher das Trägerhohlprofil 24 festgelegt
ist. Hierzu kann das Trägerhohlprofil über eine
gängige
Verbindungstechnologie beispielsweise durch Schweißen oder
Kleben am Profilbereich 36 des Hohlprofils 30 festgelegt
sein. Gleichfalls wäre
natürlich
auch eine andere oder eine kombinierte Verbindung beispielsweise
durch Schraub- oder Nietelemente zwischen dem Trägerhohlprofil 24 und
dem Profilbereich 36 denkbar.
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Das
Trägerhohlprofil 24 umfasst
ein dessen Außenkontur
bildendes Außenprofil 38,
welches vorliegend umlaufend geschlossen ausgebildet ist. An seiner
Außenseite 40 umfasst
das Außenprofil 38 einen
nach außen
gewandten Wandbereich 42, der sich vorliegend zwischen
zwei in Fahrzeuglängsrichtung
verlaufende Eckkanten 44, 46 des Außenprofils 38 erstreckt.
Nach innen hin schließt
sich an den Wandbereich 42 ein zumindest annähernd horizontal verlaufender
Wandbereich 48 des Außenprofils
an. Nach außen
hin schließt
sich an den Wandbereich 42 – ausgehend von der Eckkante 46 ein
zumindest annähernd
vertikal verlaufender Wandbereich 50 des Außenprofils 38 an.
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Im
Bereich der beiden Eckkanten 44, 46 schließen sich
zwei Stützrippen 52, 54 einteilig
an den Wandbereich 42 beziehungsweise die weiteren Wandbereich 48, 50 an,
welche das Trägerhohlprofil 24 in
drei Kammern unterteilen. Die beiden Stützrippen 52, 54 verlaufen
schräg
nach oben außen
gerichtet in einem Winkel von etwa 40 bis 50° gegenüber der Horizontalen nach oben
außen
geneigt. Darüber hinaus
verlaufen die beiden Stützrippen 52, 54 vorliegend
zumindest annähernd
parallel zueinander, wobei sie eben ausgebildet sind. Da das Trägerhohlprofil
vorliegend ebenfalls als Strangpressprofil ausgebildet ist, verlaufen
die Stützrippen 52, 54 über die gesamte
Länge des
Trägerhohlprofils 24.
An ihren den jeweiligen Eckkanten 44, 46 abgewandten
Seiten schließen
sich die beiden Stützrippen 52, 54 an zugehörigen weiteren
Eckkanten 56, 58 des Außenprofils 38 ab.
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Der
Wandbereich 42, welcher über die beiden Stützrippen 52, 54 insbesondere
abgestützt
ist, erstreckt sich vorliegend in einem spitzen Winkel von vorzugsweise
etwa 20 bis 30° gegenüber der
Horizontalen nach außen
unten geneigt. Im Bereich des zumindest annähernd vertikal verlaufenden
Wandbereichs 50 umfasst das Außenprofil 38 des Trägerhohlprofils 24 einen
nach unten hin abkragenden Profilbereich 60, über welchen
das Trägerhohlprofil 24 in
Fahrzeugquerrichtung zur Fahrzeugmitte hin im Bereich einer formentsprechenden
Sicke 64 innerhalb des Profilbereichs 36 des Hohlprofils 30 an
dem Seitenschweller 24 abgestützt ist. Hierdurch wird neben
der bereits erwähnten
Verbindung des Trägerhohlprofils 24 mit
dem Seitenschweller 14 eine zusätzliche Verbindung nach Art
eines Formschlusses erreicht, welche insbesondere bei einem Seitenaufprall
den sicheren Zusammenhalt der beiden Teile gewährleistet.
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Aus 3 ist
weiter erkennbar, dass die beiden schräg nach oben außen gerichteten
Stützrippen 52, 54 bei
einem Seitenaufprall auf einen Pfahl 28 (2)
um die zugehörigen
Eckkanten 56, 58 – wie durch die Pfeile 66, 68 symbolisch
dargestellt – in Richtung
zur Horizontalen hin verschwenkt beziehungsweise gebogen werden.
Mit anderen Worten dienen die Eckkanten 56, 58 als
Schwenk- oder Biegeachse der jeweiligen eine Stützrippe 52, 54 eine, um
welche diese bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung bei einem
Seitenaufprall des Trägerhohlprofils
zu schwenken bzw. biegen ist. Die beiden Stützrippen 52, 54 bleiben
jedoch während
dieser Verschwenkung bzw. Biegung fest mit den Wandbereichen 42, 48, 50 verbunden.
Allerdings sind die sich an die nach unteren hin verschwenkten bzw.
gebogenen Stützrippen 52, 54 anschließenden Wandbereich 42, 48, 50 im
deformierten Zustand nicht dargestellt.
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Bei
einem Seitenaufprall des Kraftwagens auf einen Pfahl 28 ergibt
sich erfahrungsgemäß eine von
schräg
außen
oben nach unten zur Fahrzeugmitte hin gerichtete Kraft F welche
in 3 in ihrer Richtung zum Zeitpunkt des Aufpralls
auf den Pfahl 28 dargestellt ist. Bei fortschreitendem
Aufprall neigt sich diese Kraft F analog zur Bewegung der beiden Stützrippen 52, 54 in
Richtung zur Horizontalen.
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Im
Umkehrschluss sind dementsprechend die Stützrippen 52, 54 so
ausgerichtet worden, dass sie im Verlauf eines Seitenaufpralls stets
gegen die vom Pfahl 28 wirkende Aufprallkraft gerichtet
sind. Mit anderen Worten wandern die beiden Stützrippen 52, 54 im
Verlauf des Seitenaufpralls entsprechend der Richtungsänderung
der durch den Pfahl 28 einwirkenden Aufprallkraft zur Horizontalen
hin. Somit ist insgesamt eine besonders vorteilhafte Abstützung des
Wandbereich 42 sowie des Außenprofils 38 mittels
der beiden Stützrippen 52, 54 gewährleistet,
so dass mit dem Trägerhohlprofil 24 ein
hohes Maß an Aufprallenergie
abgefangen werden kann. Eine übermäßige Intrusion
des Pfahls 28 in die Fahrgastzelle 10 kann somit
wirkungsvoll vermieden werden.
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Schließlich ist
in 3 eine Verkleidung 70 erkennbar, mit
welcher der Seitenschweller 14 beziehungsweise das Trägerhohlprofil 24 nach
außen
hin abgedeckt sind.