DE2620927C2

DE2620927C2 - Längsträger für einen Kraftfahrzeugrahmen

Info

Publication number: DE2620927C2
Application number: DE2620927A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 7015 Korntal Klie; Willi Prof. Dr.-Ing. 7032 Sindelfingen Reidelbach; Hermann 7031 Magstadt Renner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1976-05-12
Filing date: 1976-05-12
Publication date: 1985-06-20
Also published as: DE2620927A1; US4133549A

Description

Die Erfindung betrifft einen als Hohlprofil ausgebildeten Längsträger im Endbereich eines Kraftfahrzeugrahmens nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie er beispielsweise aus der DE-OS 24 21 233 als bekannt hervorgeht.

In dieser Druckschrift ist 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 Knicksteifigkeit. Im Kollisionsfall wird zunächst in den endseitig liegenden dünnwandigen Bereichen des Längsträgers die Knick- oder Beulfestigkeit des Trägers überschritten, und er wird in diesem Bereich einbeulen. Wenn dann die Nachgiebigkeit durch Beulen in diesem Bereich des Längsträgers erschöpft ist, wird bei anhaltender Kollisionskraft in dem anschließenden noch ungebenlten, 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 einem Träger mit gleicher Biegefestigkeit gut angenähert werden kann.
Nachteilig an dieser Art der Längsträgergestaltung ist daß die veränderliche Wandstärke des Hohlprofiles schwer herstellbar ist. Es handelt sich um ein gesondert in die Konstruktion eingebautes und als Spezialteil durch Drücken oder Hohlwalzen umständlich hergestelltes Einzelteil. Aufgrund der Gestaltung als Einzelteil ei geben sich Probleme der Krafteinleitung in den Träger, was die ganze Tragwerkstruktur der Karosserie recht kompliziert macht.

Des weiteren ist es bei aus profilierten Blechteilen zusammengesetzten Längsträgern bekannt — vergleiehe DE-OS 22 39 485 —, zur Fahrzeugmitte hin eine zunehmende Knicksteifigkeit vorzusehen. Dies wird dort allerdings ausschließlich durch eine kontinuierliche Vergrößerung des Umfanges, also durch eine konische Trägerform erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, den zugrunde gelegten Längsträger dahin auszugestalten, daß die Vorteile des bekannten Längsträgers, nämlich eine hohe Materialausnutzung als Biege- und als Knickträger sowie ein geordnetes Beulverhalten bei gleichbleibend hohem Energieaufnahmevermögen, zwar erhalten bleiben bzw. übernommen werden, daß der Längsträger jedoch einfacher und billiger und auch in nicht-konischer Form herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Aufgrund der Längsunterteilung des Längsträgers in Trägerteile mit unterschiedlicher Wandstärke und aufgrund einer gezielten Veränderung de;. Anteils der größeren Wandstärke am Profilumfang kann eine gute Annäherung des Festigkeitsverlaufes des Trägers an den bekannten Längsträger erzielt werden. Dank der Längsunterteilung des Längsträgers kann er aber fertigungsgünstig aus Blechpreßteilen hergestellt werden. Die Blechpreßteile können ihrerseits in Wandungsteile der Karosserie übergehen; eine harmonische Integration der Blechpreßteile in die Tragwerkstruktur ist also leicht möglich. Probleme der Krafteinleitung und des Einbaues des Trägers in die Tragwerkstruktur gibt es nicht. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Längsträgers wird die Verbindungslinie, die die Zentren der Flächenträgheitsmomente aller Trägerquerschnitte verbindet — neutrale Faser —, außerhalb der geometrischen Achse des Längsträgers liegen und geneigt zu ihr verlaufen. Dieser Effekt kann für ein kontrolliertes Beulen des Trägers im Kollissionsfall durchaus günstig sein, weil der Träger bei einer Druckbeanspruchung stets definiert exzentrisch belastet ist.
Im Frontbereich eines Personenkraftwaeens sind die

Längsträger häufig in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem zur Begrenzung eines Radlaufkastens dienenden Radlaufblech angeordnet Bei einer solchen Anordnung ist eine Ausgestaltung nach Anspruch 2 r;weckmäßig, wobei jedoch in diesem Zusammenhang auf die DE-OS 14 55 679 zu verweisen ist, aus der ein Teil der Merkmale für diese Ausgestaltung an sich bekannt ist.

Im Heckbereich eines Personenkraftwagens ist es meist etwas anders; dort ist in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Längsträger meist das Gepäekraum-Bodenblech angeordnet Bei einer solchen Tragwerksanordnung wird vorteilhafterweise der Längsträger nach Anspruch 3 ausgebildet Ein Teil dieser Merkmale geht aus der US-PS 38 11 698 als an sich bekannt hervor.

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 Traf ers. Um das Beulen und/oder Knicken des Trägers im Kollisionsfall noch besser ordnen zu können, kann eine Ausgestaltung nach Anspruch 4 vorgesehen sein. Es können Lochungen vorzugsweise im Kantenbereich des Trägers vorgesehen werden. Es können aber auch örtlich gezielt Werkstoffbehandlungen, wie z. B. weichgeglühte Streifen (vgl. auch DE-OS 24 29 496) oder verfestigte Streifen vorgesehen werden; Verfestigungen können durch eine örtlich gezielte wärmetechnische Vergütung oder durch eine Kaltverfestigung erzielt werden, z. B. durch Biegen.

Die Erfindung ist anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine Schrägansicht auf eine selbsttragende Karosserie mit erfindungsgemäßen Längsträgern,

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen vorderen Teil einer etwas vereinfachten Karosserie mit einem erfindungsgemäßen vorderen entlang einer Vertikalfläche längs geteilten Längsträger,

F i g. 3, 4 zwei Querschnitte durch den Längsträger nach F i g. 2 und

F i g. 5 eine Schrägansicht auf einen hinteren entlang einer etwa horizontal verlaufenden Fläche längsgeteilten Längsträger.

Die dargestellte PKW-Karosserie weist eine formstabile Fahrgastzelle 1 und einen im Kollisionsfall gezielt deformierbaren Vorbau 2 sowie eine entsprechend gestaltete Heckpariie auf. Wesentlicher Bestandteil des Rahmens der selbsttragenden Karosserie ist ein Paar von als Hohlprofil gestalteten Längsträgern 3, die u. a. durch einen Querträger 4 miteinander verbunden sind und die im Bereich des Vorbaues aus zwei Abschnitten bestehen, deren einer äußerer Längsträgerahschnitt 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 stützt sich die Karosserie auf der nicht dargestellten Vorderachse ab, d. h. der innere Abschnitt 6 des Längsträgers muß zusammen mit anderen tragenden Teilen der selbsttragenden Karosserie das Fahrzeuggewicht aufnehmen. Die äußeren Längsträgerabschnitte 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 Karosserieteile und fangen die Längsstöße auf die Stoßstange auf.

Im Bereich der Heckpartie ist ebenfalls ein Paar von Längsträgerabschnitten 8 vorgesehen, die sich außerhalb des Bereiches der Hinterachse (Querträger 9) erstrecken und die durch das Bodenblech 11 des Kofferraumbodens und die Kofferraumrückwand 10 miteinander verbunden sind.

Neben den anderen mittragenden Karosserieteilen sind \or allem die Träger der Karosserie und von diesen insbesondere die Längsträger so gestaltet, daß sie bei Stoßbelastung einbeulen und unter Aufnahme und Verbrauch der Stoßenergie nachgeben. Hierbei soll das Energieaufnahmevermögen währena 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 und als Hohlträger gestaltete Längsträgerabschnitt 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 in F i g. 3) ist der Anteil des dickeren Profilbleches — Trägerteil 12 mit Wandstärke D — am Profiluinfang etwa drei Viertel und stellt einen sehr hohen Beitrag an der gesamten Festigkeit dieses Trägerabschnittes. Der andere kleinere Trägerteil 13 in diesem Längsträgerabschnitt wird durch ein dünnes gerades Blech mit der Wandstärke d gebildet, welches einstückiger Bestandteil des Radlaufbleches 14 ist. Es stellt nur ein Viertel des Profilumfanges und nur einen relativ geringen Teil der Trägerfestigkeit dar. Die beiden längsverlaufenden Längsnähte 15, mit denen die beiden genannten Trägerteile 12 und 13 verbunden sind, verlaufen in 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 F i g. 3 eingetragen; es liegt nahezu mittig in dem Querschnitt

Im äußeren Trägerabschnitt 5 sind die Flanschnähte geneigt zur Trägerlängsachse und das dünnere Blech, welches dort den Trägerteil 13' bildet, ist zum Trägerende hin zunehmend profiliert wogegen die Profilierung des dickeren Bleches für den Trägertei! 12' entsprechend abnimmt. Der Anteil des dickeren Bleches am Trägerumfang und somit die Trägerfestigkeit selber wird dadurch zum Trägerende hin reduziert. Das Zentrum Z'des Flächenträgheitsmomentes des Querschnittes IV-IV ist in Fig.4 ebenfalls eingetragen; es liegt deutlich außermittig. Die Verbindungslinie aller dieser Zentren im Längsträgerabschnitt 5, nämlich dessen neutrale Faser verläuft geneigt zu einer Seitenkante und somit zur Trägerlängsachse, verläuft aber sicher nicht so stark geneigt zu einer Seitenkante, wie die Längsnaht 15.

Aufgrund der abnehmenden Festigkeit des Längsträgerabschnittes zum Tragerende hin wird er sich im Kollisionsfalle am Trägerende beginnend einbeulen; der Beulprozeß wird in Stoßrichtung dem Träger entlang verlaufen.

Ähnlich wie im Vorbau ist auch der Längsträgerabschnitt 8 im Heckbereich in einen aus einem dickeren Bled: — Trägerteil 16 — und in einen aus einem dünnefen Blech gebildeten Trägerteil 17 längsgeteilt. Die Längsteilung erfolgt hier jedoch entlang einer im wesentlichen horizontal verlaufenden Teilungsfläche, damit das Bodenblech 11 des Kofferraumbodens als das

dünnere Profilblech herangezogen werden kann. Das dünnere Blech weist eine zum Ende hin zunehmende Profilierung auf; die Profilierung des dickeren Bleches nimmt entsprechend ab. Die die Trägerteile 16 und 17 verbindenden Längsnähte 18 verlaufen geneigt zur Trägerlängsachse.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Als Hohlprofil ausgebildeter Längsträger im Endbereich 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 dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Längsträgerabschnitt (5, 8) — in an sich bekannter Weise — über seine Länge hinweg in wenigstens zwei aus profilierten Blechteilen bestehende, entlang von Längsnähten (15,18) miteinander verbundene Trägerteile (12', 13' bzw. 16, 17) längsg<5teilt ist, wobei die Trägerwelle unterschiedliche Wandstärke (D bzw. 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) derart profiliert sind, daß das Trägerteil (12' bzw. 16) mit der größeren Wandstärke (D) am Umfang des Längsträgerabschnittes (5, 8) in näher zur Fahrzeugmitte gelegenen Bereichen des Längsträgerabschnittes (5, 8) einen größeren Anteil hat als in endseitig gelegenen Bereichen des Längsträgerabschnittes (5,8).

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 Längsträgerabschnitt (5) entlang einer im wesentlichen vertikal verlaufenden Längsfläche in zwei Trägerteile (12', 13') längsgeteüt ist und daß das dünnere profilierte Trägerteil (13') 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 Längsträgerabschnitt (8) entlang einer im wesentlichen horizontal verlaufenden Längsfläche in zwei Trägerteile (16,17) längsgeteilt ist und daß das dünnere profilierte Trägerteil (17) einstückig mit dem Bodenblech (11) ausgebildet ist.

4. Längsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß örtlich gezielt Schwachstellen oder Werkstoffinhomogenitäten entlang des Längsträgerabschnittes (5,8) zur Begünstigung von örtlich und ihrer Form nach vorherbestimmten Beul vorgängen im Kollisionsfall angebracht sind.