DE2620927A1

DE2620927A1 - Laengstraeger

Info

Publication number: DE2620927A1
Application number: DE19762620927
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Klie; Willi Prof Dr Ing Reidelbach; Hermann Renner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1976-05-12
Filing date: 1976-05-12
Publication date: 1977-11-24
Also published as: US4133549A; DE2620927C2

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Stuttgart-Untertürkheim

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I0.5.76

Längsträger

Die Erfindung betrifft einen als Hohlprofil ausgebildeten Längsträger eines Kraftfahrzeugrahmens mit Einleitstellen von Fahrwerkskräften in den Rahmen und in den Längsträger und mit einem außerhalb der Einleitstellen angeordneten verformbaren Stoßenergie verzehrenden Längsträgerabschnitt, der aufgrund von unterschiedlichem Wanddickenverlauf eine zur Fahrzeugmitte hin zunehmende Knicksteifigkeit aufweist.

In der DT-OS 2 421 233 ist beispielsweise ein Längsträger mit unterschiedlichem Wanddickenverlauf dargestellt. Der dort gezeigte Längsträger hat eine über die Länge hinweg kontinuierlich zunehmende Wandstärke und erzielt dadurch in Richtung auf die Fahrzeugmitte hin eine zunehmende Knicketeifigkeit. Im Kollieionsfall wird zunächst in den endseitig liegenden dünnwandigeren Bereichen des Längs-

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trägers die Knick- oder Beulfestigkeit des Trägers überschritten und er vird in diesem Bereich einbeulen. Venn dann die Nachgiebigkeit durch Beulen in diesem Bereich des Längsträgers erschöpft ist, wird bei anhaltender Kollisionskraft in dem anschließenden noch ungebeulten fahrzeugmittig zu gelegenen Längsträgerbereich die Beulgrenze überschritten usw.. Aufgrund der unterschiedlichen Gestaltfestigkeit kommt es also zu einem relativ geordneten von vorne beginnenden Verlauf des Beulens und Einknickens des Längsträgers und eine über die ganze Knickstrecke hinweg anhaltende Energieaufnahme, die auf relativ hohem Niveau liegt. Gleichzeitig hat der Träger auch eine hohe Biegefestigkeit bei geringem Materialeinsatz, weil er einen Träger mit gleicher Biegefestigkeit gut angenähert werden kann.

Nachteilig an dieser Art der Längeträgergestaltung ist, daß die veränderliche Wandstärke des Hohlprofiles schwer herstellbar ist. Es handelt sich um ein gesondert in die Konstruktion eingebautes und ale Spezialteil durch DrUkken oder Hohlwalzen umständlich hergestelltes Einzelteil. Aufgrund der Gestaltung ala Einzelteil ergeben sich Probleme der Krafteinleitung in den Träger, was die ganze Tragwerkstruktur der Karosserie recht kompliziert macht.

Aufgabe der Erfindung ist es» Maßnahmen anzugeben, aufgrund der die Vorteile des bekannten Längeträgers - hohe Materialausnutzung als Biege- und als Knickträger, geordnetes Beulverhalten bei gleichbleibend hohe· Energieaufnahmevermögen · zwar erhalten bleiben bzw.' übernommen werden, die jedoch ge-

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statten, die erwähnten Nachteile - teuere Fertigung, schlechte Einbeziehung in die Tragverkstruktur - zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird - ausgehend von dem eingangs genannten Längsträger - erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens der Längsträgerabschnitt - in an sich bekannter Weise - über seine Länge hinweg in wenigstens zwei aus profilierten Blechteilen bestehende entlang von Längsnähten miteinander verbundenen Trägerteile längsgeteilt ist, wobei die Blechteile unterschiedliche Wandstärke aufweisen und daß die Längsnähte im Bereich des Längsträgerabschnittes schräg zur Längsachse des Längsträgerabschnittes verlaufen und dementsprechend die Trägerteile profiliert sind, derart, daß das Trägerteil mit der größeren Wandstärke am Umfang des Längsträgerabschnittes in näher fahrzeugmittig zu gezogenen Bereichen des Längs träger ab schnittes einen größeren Anteil hat als in endsei tig zu gelegenen Bereichen des Längsträgerabschnittes.

Aufgrund der Längsunterteilung des Trägers in Profilteile unterschiedlicher Wandstärke und aufgrund einer gezielten Veränderung des Anteile der größeren Wandstärke am Profilumfang kann «ine gute Annäherung des Festigkeitsverlaufes des Trägers an den bekannten Träger erzielt werden. Dank der Längsunterteilung des Trägers kann er aber fertigungsgünstig aus Blechpreßteilen hergestellt werden. Die Blechpreßteil· können ihrerseits in Wandungsteile der Karosserie übergehenι eine harmonische Integration der Blechpreß· teile in die Tragwerkstruktur ist also leicht möglich.

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Probleme der Krafteinleitung und des Einbaues des Trägers in dio Tragwerkstruktur gibt es nicht. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Längsträgers wird die Vorbindungslinie, die die Zentren der Flächenträgheitsmomente aller Trägerquerschnitto verbindet - neutrale Faser - außerhalb der geometrischen Achse des Trägers liegen und geneigt zu ihr vorlaufen. Dioaer Effekt kann für ein kontrolliertes Beulen des Trägers im Kollisionsfall durchaus günstig sein, weil der Träger bei einer Druckbeanspruchung stets definiert exzentrisch belastet ist.

Im Frontbereich eines Personenkraftwagens sind die Längsträger häufig in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem zur Begrenzung eines Radlaufkastens dienenden Radlaufbleches angeordnet. Bei einer solchen Anordnung ist es zweckmäßig, wenn der Längsträger entlang einer im wesentlichen vertikal verlaufenden Längsfläche in zwei Trägerteile längsgeteilt ist und wenn das dünnere profilierte Blechteil einstückig mit dem Radlaufblech ausgebildet ist.

Im Heckbereich eines Personenkraftwagens ist es meist etwas anders; dort ist in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Längsträger meist das GepMckraum-Bodenblech angeordnet. Bei einer solchen Tragwerksanordnung wird vorteilhafterweise der Längsträger entlang einer im wesentlichen horizontal verlaufenden Längsfläche in zwei Trägerteile längsgeteilt und es wird das dünnere profilierte Blechteil einstückig mit dem Bodenblech ausgebildet.

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An sich ergibt sich ein relativ geordneter Beulverlauf des Längsträgers im Kollisionsfall bereits allein aus dem Festigkeitsverlauf des Längsträgers entlang der Längsachse und aus der definierten Exzentrizität von neutraler Faser und geometrischer Achse des Trägers. Um das Beulen und/oder Knicken des Trägers im Kollisionsfall noch besser ordnen zu können, kann vorgesehen sein, daß örtlich gezielt Schwachstellen oder Werkstoffinhomogen!täten entlang des Längsträgerabschnittes vorgesehen sind. Dieses können Umfangssicken oder Sicken im Kantenbereich des Trägers sein. Es können Lochungen vorzugsweise im Kantenbereich des Trägers vorgesehen werden. Es können aber auch örtlich gezielt Werkstoffbehandlungen wie z. B. weichgeglUhte Streifen oder verfestigte Streifen vorgesehen werden) Verfestigungen können durch •ine örtlich gezielte wärmetechnische Vergütung oder durch •ine Kaltverfestigung erzielt werden z. B. durch Biegen.

Di· Erfindung ist anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert\ •β zeigen:

Fig. 1 «in· Schrägansicht auf eine selbsttragende

Karosserie, erfindungsgemäße Längsträger zeigend,

Fig. 2 «in« Draufsicht auf einen vorderen Teil einer

etwa· vereinfachten Karosserie mit einem erfindungsgemäßen vorderen entlang einer Vertikalfläche längsgeteilten Längsträger,

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Fig. 3 und h zwei Querschnitte durch den Längsträger

nach Fig. 2 und

Fig. 5 eine Schrägansicht auf einen hinteren ent

lang einer etwa horizontal verlaufenden Fläche längsgeteilten Längsträger.

Die dargestellte Pkw-Karosserie weist eine formstabile Fahrgastzelle 1 und «inen im Kollisionsfalle gezielt deformierbaren Vorbau 2 sowie eine entsprechend gestaltete Heckpartie auf. Wesentlicher Bestandteil des Rahmens der selbsttragenden Karosserie ist ein Paar von als Hohlprofil gestalteten Längsträgern 3t dl.· u. a. durch einen Querträger 4 miteinander verbunden sind und die im Bereich des Vorbaue· aus zwei Abschnitten bestehen, deren einer äußere Abschnitt 5 vor dem Querträger 4, d. h. zur Fahrzeugaußenseite hin, und deren anderer innerer Abschnitt 6 innerhalb des Querträgers liegt. Im Bereich des vorderen Querträgers 4 stutzt sich die Karosserie auf der nicht dargestellten Vorderachse ab, d. h. der innere Längsträger 6 muß zusammen mit anderen tragenden Teilen der selbsttragenden Karosserie da· Fahrreufgewicht aufnehmen. Die äußeren Längsträger 5, die an ihrer Außenseite auch noch einmal durch eine Quertraverse 7 verbunden sind, tragen Im wesentlichen zusammen mit angrenzenden Karosserieteilen lediglich die vor dem Querträger 4 liegenden Karosserieteil und fangen die Längestöße auf die Stoßstange auf.

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Im Dereich der Heckpartie ist ebenfalls ein Paar von
Längsträgern 8 vorgesehen, die sich außerhalb dos Bereiches der Hinterachse (Querträger 9) erstrecken und die
durch das Bodenblech 1 1 dos Kofferraurnbodens und die
Kofferraumrückwand Io miteinander verbunden sind.

Neben den anderen mittragenden Karosserie teilen sind vor allem die Träger der Karosserie und von diesen insbe53ondere die Längsträger so gestaltet, daß sie bei Stoi3belastung einbeulen und unter Aufnahme und Verbrauch der
Stoßenergie nachgeben. Hierbei soll das Energieaufnahmevermögen während der Einbeul- oder Crash-Zeit möglichst
gleichmäßig auf einem bestimmten relativ hohen aber erträglichen Maß verbleiben. Zugleich sollen aber die Träger nicht unnötig schwer und dickwandig sein.

Aus diesem Grunde ist der aus zwei Teilen gebildete
Hohl träger aus Blechen unterschiedlicher Stärke aufgebaut und der Anteil des stärkeren Bleches zum Trägerende hin reduziert.

Der vordere Längsträger 3 ist entlang einer im wesentlichen vertikal verlaufenden Längsfläche in zwei Profilteile längsgeteilt. Im Bereich des inneren Trägerabschnittes 6 (Querschnitt III-III, Fig. 3) ist der Anteil des dickeren Porfilbleches 12 (Wandstärke D) am Profil umfang etwa drei Viertel und stellt einen sehr hohen Beitrag an der gesamten Festigkeit dieses Trägerabschnittes. Der andere kleinere Profilabschnitt in diesem Trägerteil

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wird durch ein dünnes gerades Blech 13 (Wandstärke d) gebildet, welches einstückigor Bestandteil des Radlaufblechos ]h ist. Es stellt nur ein Viertel des Profilumfanges und nur einen relativ geringen Teil der Trägerfestigkeit dar. Die beiden Längsverlaufenden Flanschnähte 15t mit denen die Profilbleche 12 und 13 verbunden sind, verlaufen im Trägerabschnitt 6 im wesentlichen parallel zur Trägerlängsachse, wenn auch außermittig zu ihr. Das Zentrum Z des Flächenträgheitsmomentes des Querschnittes III-III - seine neutrale Faser - ist in Fig. 3 eingetragen; es liegt nahezu mittig in dem Querschnitt.

Im äußeren Trägerabschnitt 5 sind die Flanschnähte geneigt zur Trägerlängsachse und das dünnere Profilblech 13' ist zum Trägerende hin zunehmend profiliert, wohingegen die Profilierung des dickeren Profilbleches 12' entsprechend abnimmt. Der Anteil des dickeren Profilbleches am Trägerumfang und somit die Trägerfestigkeit selber wird dadurch zum Trägerende hin reduziert. Das Zentrum Z' des Flächenträgheitsmomentes des Querschnittes XV-XV ist in Fig. k ebenfalls eingetragen) es liegt deutlich außermittig. Die Verbindungslinie aller dieser Zentren im Abschnitt 5 des Längsträgere - die neutrale Faser dea Trägerabschnittes 5 - wird geneigt zu einer Seitenkant· und somit zur Trägerlängsachse verlaufen, aber sicher nicht so stark geneigt zu einer Seitenkante sein wie der Verlauf der Flanachnaht 15.

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Aufgrund der abnehmenden Festigkeit des Trägers zum Trägerende hin wird er sich im Kollisionsfalle am Trägerende beginnend einbeulen; der Beulprozeß wird in Stoiirichtung den Träger entlang verlaufen.

Ähnlich wie im Vorbau ist auch der Längsträger (J im He eicbereich in ein dickeres (16) und ein dünneres Profilblech 17 längegeteilt. Die Längsteilung erfolgt hier jedoch entlang einer im wesentlichen horizontal verlaufenden Teilungefläche, damit das Bodenblech 11 des Kofferraumbodene als das dünner· Profilblech herangezogen werden kann. Das dünnere Profilblech 17 weist eine zum Ende hin zunehaende Profilierung auf; die Profilierung des dickeren Bleches 16 nimmt entsprechend ab. Die die Profilblech· verbindenden Längsnähte 18 verlaufen geneigt zur Trägerlängsachse.

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Claims

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Ansprüche

Als Hohlprofil ausgebildeter Längsträger eines Kraftfahrzeugrahmens mit Einleitstellen von Fahrwerkskräften in den Rahmen und in den Längsträger und mit einem außerhalb der Einleitstellen angeordneten verformbaren Stoßernergie verzehrenden Längs trägerabschnitt, der aufgrund von unterschiedlichem Wanddickenverlauf eine zur Fahrzeugmitte hin zunehmende Knicksteifigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Längsträgerabschnitt (5, ö) - in an sich bekannter Weise - über seine Länge hinweg in wenigstens zwei aus profiliorten Blechteilen (12¹, 13' bzw. 16, 17) bestehende entlang von Längsnähten (15» 18) miteinander verbundene Trägerteile längsgeteilt ist, wobei die Blechteile unterschiedliche Wandstärke (D, d) aufweisen und daß die Längsnähte (15, 18) im Bereich des Längsträgerabschnittes (5» 8) schräg zur Längsachse des Längsträgerabschnittes (5, 8) verlaufen und dementsprechend die Trägerteile (12·, 13' bzw. 16, 17) profiliert sind, derart, daß das Trägerteil (12· bzw. 16) mit der größeren Wandstärke (D) am Umfang des Längsträgerabschnittes (5i 8) in näher fahrzeugmittig zu gelegenen Bereichen des Längsträgerabschnittes (5, 8) einen größeren Anteil hat als in endseitig zu gelegenen Bereichen des Längsträgerabschnittes (5, 8).

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2. Längsträger nach Anspruch 1 im Frontbereich eines Personenkraftwagens mit einem in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Längsträger angeordneten Radlaufblech zur Begrenzung eines Radlaufkastens, dadurch gekennzeichnet , daß der Längsträger (5) entlang einer im wesentlichen vertikal verlaufenden Längsfläche in zwei Trägerteile ( 12 ·, 13 ') längsgeteilt ist und daß das dünnere profilierte Blechteil (13¹) einstückig mit dem Radlaufblech (14) ausgebildet ist.
3. Längsträger nach Anspruch 1 im Heckbereich eines Personenkraftwagens mit einem in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Längsträger angeordneten Gepäckraum-Bodenblech! dadurch gekennzeichnet, daß der Längsträger (ά) entlang einer im wesentlichen horitzontal verlaufenden Längsfläche in zwei Trägerteile (16, 17) längsgeteilt ist und daß das dünnere profilierte Blechteil (17) einstückig mit dem Bodenblech (11) ausgebildet ist.

k. Längsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß örtlich gezielt Schwachstellen oder WerkstoffInhomogenitäten entlang des Längsträgerabschnittes zur Begünstigung von örtlich und ihrer Form nach vorherbestimmten Beulvorgängen im Kollisionsfall angebracht sind.

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