DE4113711A1 - Hohltraeger, insbesondere zum einsatz in kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hohlträger, insbe­ sondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Bekannte Hohlträger, welche zur Energieumwandlung bei einer Krafteinleitung in Richtung etwa senkrecht zu ihrer Erstreckung ausgebildet sind, werden häufig mit einer Verstärkungswand in Richtung der Krafteinleitung versehen. Durch die Verstärkungswand - es können auch mehrere solcher Verstärkungswände vorgesehen sein - wird bei gegebenen Außenabmessungen des Hohlträgers eine höhere Steifigkeit des Hohlträgers erreicht.

Bei einer Belastung des Hohlträgers, welche zu einer plastischen Verformung des Hohlträgers führt, wird auch die Verstärkungswand verformt. Dabei ist zu beobachten, daß die Verstärkungswand in dem Hohlträger nach einer Seite hin ausknickt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln das Energieumwandlungsvermögen eines gattungs­ gemäßen Hohlträgers zu erhöhen.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß die Verstärkungswand zumindest abschnitts­ weise gewölbt ist, ist ein Ausknicken der Verstärkungs­ wand ausgeschlossen. Es tritt vielmehr ein vorbestimm­ tes Verbiegen der Verstärkungswand auf. Je nach Anzahl und Richtung der vorgeschlagenen Wölbungen werden eine Falte oder mehrere Falten gebildet. Durch das definier­ te Biegen der Verstärkungswand wird eine wesentlich höhere Energieaufnahme erreicht, als dies beim Aus­ knicken einer ebenen Verstärkungswand der Fall ist.

Wenn entsprechend der Anzahl der Wölbungen in der Ver­ stärkungswand bei einer Verformung des Hohlträgers mehrere Falten erzeugt werden, so kann dadurch insge­ samt ein höheres Maß an Energie umgewandelt werden.

Durch das Maß der Wölbung (Radius) läßt sich das Kraft­ niveau beim Verformungsvorgang festlegen. Es ist ein­ leuchtend, daß zur Verformung (Faltenbildung) einer sehr stark ausgeprägten Wölbung weniger Kraft erforder­ lich ist, als dies bei einer schwach ausgebildeten Wölbung der Fall ist. Je nach den Aufgaben, die an den Hohlträger gestellt sind, kann das Kraftniveau natür­ lich nicht nur absolut festgelegt werden, sondern kann über die Länge des Hohlträgers verschieden sein.

Zur Erzielung der gewünschten höheren Energieumwandlung können sowohl mehrere gleiche oder verschiedene Wölbun­ gen zwischen den Wandungen des Hohlträgers vorgesehen sein, als auch mehrere gleiche oder verschiedene Wöl­ bungen in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen in Längsrichtung des Hohlträgers. Kombinationen der beiden vorbeschriebenen Variationen sind denkbar und können bei bestimmten Anforderungen wesentlich zur Bewältigung der an den Hohlträger gestellten Aufgaben beitragen.

Von Vorteil ist, wenn die Verstärkungswand gegensinnige Wölbungen aufweist, so daß bei der Verformung zu jeder Seite der Verstärkungswand Falten entstehen. Diese Wölbungen können durchlaufend im gesamten Hohlträger ausgebildet sein. Es ist jedoch auch denkbar, Wölbungen nur in Form von Kugelabschnitten vorzusehen.

Wenn die durchgehenden Wölbungen oder die vorstehend genannten Kugelabschnitte über die Länge des Hohlträ­ gers nicht gleichmäßig, sondern in ihrer Wölbungsrich­ tung alternierend ausgebildet sind, dann läßt sich dadurch zusätzliche Energie umwandeln.

Besonders vorteilhaft ist, wenn der Hohlträger mehrere, mit Wölbungen versehene Verstärkungswände aufweist, welche etwa parallel zueinander angeordnet sind. Da­ durch läßt sich bei gleichen Außenabmessungen ein er­ höhtes Maß an Energieumwandlung bei der Verformung erzielen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Hohlträger einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und zumindest eine seiner Wandungen, welche etwa paral­ lel zu der Verstärkungswand verläuft, mit Wölbungen konzentrisch zu den Wölbungen der Verstär­ kungswand versehen sein. Bei dieser Ausgestaltung ist sichergestellt, daß die zu der Verstärkungswand paral­ lelen Wandungen des Hohlträgers ebenfalls zur erhöhten Energieumwandlung beitragen. Da bereits Wölbungen mit einem sehr großen Radius zur Einleitung der gewünschten Faltenbildung ausreichen, wird das äußere Erscheinungs­ bild des Hohlträgers durch die vorgeschlagene Ausge­ staltung von zwei seiner Wandungen nicht wesentlich beeinflußt.

Der vorgeschlagene Hohlträger läßt sich in besonders einfacher Weise durch ein Leichtmetall-Strangpreßprofil erzeugen. Durch das Strangpreßverfahren bedingt, weist/weisen die Verstärkungswand/-wände eine durchge­ hend gleichbleibende Wölbung auf.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1a bis 1e einen Schnitt durch einen Hohlträger mit einer Wölbungen aufweisenden Verstärkungs­ wand, wobei die Fig. 1a und 1b in perspek­ tivischer Darstellung einen Abschnitt aus dem Hohlträger darstellen. Die Fig. 1c bis 1e sind hingegen nur Schnittdarstellungen. Insgesamt zeigen die Fig. 1a bis 1e die Verformung des Hohlträgers bei einer aus­ reichend großen Krafteinleitung etwa in Richtung der Verstärkungswand.

Fig. 2 Ein Kraft-Weg-Diagramm, in dem der Kräfte­ verlauf bei der Verformung des Hohlträgers gemäß Fig. 1a bis 1e dargestellt ist und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hohlträgers mit einer Verstärkungswand.

Fig. 1a zeigt einen Abschnitt eines Hohlträgers 5, welcher im Strangpreßverfahren aus Leichtmetall herge­ stellt ist. Aus Vereinfachungsgründen sind die Materi­ alstärken nicht angedeutet. Der Hohlträger 5 weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Zwei Wandungen 7 und 9 des Hohlträgers 5 verlaufen parallel zu einer Verstärkungswand 11, welche sich etwa im rechten Winkel an die beiden anderen Wandungen 13 und 15 des Hohlträ­ gers 5 anschließt.

Besonderes Merkmal des Hohlträgers 5 ist der Umstand, daß sowohl die Wandungen 7 und 9, als auch die Verstär­ kungswand 11 gewölbt sind. Die mit 17 bezeichneten Wöl­ bungen bilden die Form eines liegenden, sehr schwach ausgeprägten "S".

Wird der in Fig. 1a in Ausgangslage dargestellte Hohl­ träger 5 durch eine ausreichend große Kraft F (→ F in Fig. 1b) belastet, dann wird der Hohlträger 5 zunächst in der in Fig. 1b dargestellten Weise verformt. Wie die Zeichnung zeigt, nehmen die Wandungen 7, 9 und die Ver­ stärkungswand 11 eine im Querschnitt etwa sinusförmige Gestalt an.

Wenn die Belastung des Hohlträgers 5 andauert, wird dieser nacheinander in der Weise verformt, wie dies in den Fig. 1c bis 1e dargestellt ist. Wie die einzelnen Figuren zeigen, entstehen zunächst durch die in der Zeichnung rechts dargestellten Wölbungen 17 zunehmend schlanker werdende Falten 19. Im weiteren Bewegungs­ ablauf stützen sich die Falten 19 dann an der Wandung 15 des Hohlträgers ab. Schließlich bilden sich noch Falten 21, welche im Gegensatz zu den Falten 19 nach unten gerichtet sind und auf die in der Zeichnung links dargestellten Wölbungen 17 zurückzuführen sind.

Das Diagramm in Fig. 2 zeigt den Verlauf der Kraft F über den Weg s bei der Verformung des Hohlträgers 5 von seiner Ausgangslage (Fig. 1a) bis zum Endstadium seiner Verformung (Fig. 1e). Die Kraftlinie für das Ausfüh­ rungbeispiel ist in dem Diagramm strichpunktiert darge­ stellt. Zum Vergleich findet sich in dem Diagramm (gestrichelt gezeichnet) der Kräftevergleich für einen bekannten Hohlträger, bei dem die Wandungen 7 und 9 sowie die Verstärkungswand 11 eben ausgeführt sind. Bei einem solchen Hohlträger ist zunächst ein starker An­ stieg der Kraft bis zum Ausknicken der Verstärkungswand festzustellen. Mit dem Ausknicken fällt die Kraft ab­ rupt ab und verbleibt über den restlichen Verformungs­ weg (Abszisse) auf einem relativ niedrigen Niveau.

Stellt man dem Kräfteverlauf des bekannten Hohlträgers denjenigen des vorgeschlagenen Hohlträgers 5 gegenüber, dann erkennt man einen anfangs wesentlich geringeren Kraftanstieg, als dies bei der bekannten Bauform der Fall ist. Verursacht wird dies durch die Wölbungen, welche sich bei geringerer Kraftbeaufschlagung in vor­ bestimmter Weise zu einer Falte ausprägen. Betrachtet man das Diagrammm, so stellt man jedoch fest, daß zum Ende des Verformungsweges relativ hohe Kräfte erreicht werden und - im Gegensatz zu der Kraftspitze am Anfang während der Ausknickphase bei dem bekannten Hohlträger - die hohe Kraftaufnahme über einen relativ langen Weg gegeben ist.

Da die Fläche unter den Kraftlinien die aufgenommene Energie darstellt, kann man sofort erkennen, daß die vorgeschlagene neue Ausgestaltung des Hohlträgers we­ sentlich mehr Energie umzuwandeln vermag.

Schließlich ist in Fig. 3 ein weiteres Ausführungs­ beispiel dargestellt, wobei in dem Hohlträger 5′ eine Verstärkungswand 9′ angeordnet ist, welche ebenfalls mit Wölbungen 17′ versehen ist. Die Wölbungen 17′ sind jedoch nicht gleichförmig, d. h. parallel zu den Wand­ ungen 13′ und 15′ des Hohlträgers 5′ ausgebildet, son­ dern in bezug auf die Längserstreckung des Hohlträgers 5′ immer wieder um eine halbe Wölbung versetzt, so daß sich bei der Verformung der Verstärkungswand 9′ zu­ sätzliche Energie umwandeln läßt.

Claims (6)

1. Hohlträger, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahr­ zeugen, welcher zur Energieumwandlung bei einer Krafteinleitung in Richtung etwa senkrecht zu seiner Erstreckung ausgebildet ist und welcher mindestens eine Verstärkungswand in Richtung der Krafteinlei­ tung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ stärkungswand (11, 11′) zumindest abschnittsweise gewölbt ist.

2. Hohlträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungswand (11, 11′) gegensinnige Wölbungen (17, 17′) aufweist.

3. Hohlträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere mit Wölbungen (17) versehene Verstärkungswände (11) parallel zueinander in dem Hohlträger (5) angeordnet sind.

4. Hohlträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wölbungen (17) konzentrisch zueinander ver­ laufen.

5. Hohlträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlträger (5) einen recht­ eckigen Querschnitt aufweist und zumindest eine seiner Wandungen (7, 9), welche etwa parallel zu der Verstärkungswand (11) verläuft, mit Wölbungen (17) konzentrisch zu den Wölbungen (17) der Verstärkungswand (11) versehen ist.

6. Hohlträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlträger ein Leichtmetall- Strangpreßprofil ist.