DE69627884T2

DE69627884T2 - Hohlkörper für kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE69627884T2
Application number: DE69627884T
Authority: DE
Inventors: K. Johnny LARSSON; Lars Hammarström
Original assignee: Volvo Car Corp
Current assignee: Volvo Car Corp
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2016-10-18
Also published as: EP0869897A2; EP0869897B1; AU7353996A; SE505142C2; JPH11513633A; DE69627884D1; SE9503700D0; WO1997014585A1; US6367868B1; SE9503700L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Träger für ein Fahrzeug, umfassend ein aus gebogenem Blech hergestelltes, kastenförmiges Element, das eine größere Länge als sowohl Breite als auch Höhe besitzt, und einen Abschnitt besitzt, der in der Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, wenn er in diesem montiert ist und der in einem Abstand von einem Ende einen Bereich besitzt, der derart ausgeführt ist, dass seine Steifigkeit in der Längsrichtung des Trägers plötzlich vermindert ist, nachdem der Träger um einen vorbestimmten Abstand beginnend von dem Ende verformt worden ist. Derartige Träger sind beispielsweise von DE-A-2459518 bekannt.
Kastenträger erscheinen in einer Anzahl unterschiedlicher Anwendungen in Automobilen, beispielsweise als vordere Seitenelemente in Personenfahrzeug-Chassis, und sind somit Bauteile, deren Design die Unfallsicherheit des Automobils maßgeblich beeinflusst. Ein Verfahren zum Erzielen einer hohen Unfallsicherheit mittels Unfallsteuerung besteht darin, die Elemente der Struktur soweit wie möglich zu zwingen, auf die am meisten Energie absorbierende Weise verformt zu werden, was ein progressives Brechen oder eine Faltenbildung ist. Weniger energieabsorbierende Versagensarten, wie Starrkörperrotation oder Biegung sollten somit vermieden werden.
Im Hinblick auf die Unfallsicherheit wäre es die ideale Situation, es dem durch den vorderen Abschnitt des Fahrzeugs dargestellten Volumen zu ermöglichen, aus einer großen Anzahl von Zellen zu bestehen, die jeweils eine große Energieabsorptionskapazität besitzen, ungeachtet von welcher Richtung das Fahrzeug getroffen wird, jedoch konnten derartige Lösungen aus einer Anzahl von Gründen nicht in der Massenproduktion umgesetzt werden.
Testfahrzeuge wurden hergestellt, in denen mit Schaum und Kunststoff gefüllte Kastenträger verwendet worden sind, um eine Verformungssteuerung zu erzielen. Derartige Fahrzeuge wurden jedoch niemals in größeren Volumina hergestellt. Es gibt zahlreiche Gründe hierfür, jedoch sind die wichtigsten die mit dem komplizierten Herstellungsverfahren verbundenen Kosten und die Wirkung schädlicher Chemikalien in dem verwendeten Schaum auf die Umwelt.
Normalerweise wird das Trägerelementsystem in einem Fahrzeug als passives Sicherheitssystem betrachtet, wobei es primär die geometrische Form der Kastenträger ist, welche durch ihre Energieabsorptionskapazität die Unfallsicherheit bestimmt. Es ist allerdings bekannt, in einem Fahrzeug ein „aktives" Trägersystem anzuordnen, d.h. ein System, bei dem ein Unfall bzw. eine Kollision eine Aktivität auslöst, die das Trägersystem auf eine bestimmte Weise über seine normalen mechanischen Begrenzungen hinaus agieren lässt. Ein derartiges aktives Trägersystem ist beispielsweise durch US-A-4,050,537 bekannt. Hier wird im Falle eines Unfalles eine Explosivladung verwendet, um einen Querschnitt eines Kastenträgers auf solche Weise zu verändern, dass seine Steifigkeit und somit seine Energieabsorptionskapazität ansteigt.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es allgemein, eine einfache und kostengünstige, aktive Trägeranordnung des eingangs beschriebenen Typs bereitzustellen, die weniger energieabsorbierende Arten (Versagensarten) wie eine steife bzw. starre Rotation und Biegung vermeidet.
Dies wird gemäß der Erfindung mittels der Tatsache erzielt, dass das kastenförmige Element in dem Bereich mittels Aussteifern ausgesteift ist, die an dem Kastenprofil befestigt sind, wobei die Aussteifer derart angeordnet sind, um sich abzuspalten, wenn der Träger um. den vorbestimmten Abstand verformt worden ist. Die Aussteifer können einfache Platten sein, die an den Träger mit Klebstoff angeklebt sind, was eine harte und spröde Klebverbindung bereitstellt, beispielsweise ein Epoxidkleber. Falls die Bereiche unter den Platten beispielsweise gestanzt, gefaltet, perforiert oder mit geringerer Dicke sind als der Rest der Trägerplatte, kann eine erhebliche Verminderung der Steifigkeit des Trägers in diesen Bereich erzielt werden, wenn die Klebeverbindung bricht und die Platten abgespaltet sind.
Der Träger gemäß der Erfindung ist somit ein aktiver Träger. Durch Studieren der Verformung eines passiven Trägers nach einer Kollision ist es möglich, zu bestimmen, wo der Übergang zwischen Stauchen oder Faltenbildung und Knicken des gesamten Trägers auftrat. Durch aktives Aufweichen des Trägers in diesem Bereich während der Verformung kann das Knicken vermieden werden, und der Bereich, in welchem die Faltenbildung auftritt, kann über den aufgeweichten Bereich zu dem Bereich dahinter ausgedehnt werden, der steifer sein kann.
Die Erfindung wird nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf in den begleitenden Zeichnungen gezeigte Beispiele beschrieben, wobei 1 eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform eines vorderen Seitenträgers gemäß der Erfindung in einem schematisch dargestellten Personenfahrzeug zeigt; 2a, 2b und 2c zeigen Ansichten von oben eines Abschnitts des Trägers in 1 in unterschiedlichen Verformungsstufen, und 3 zeigt einen Seitenträger entsprechend dem Träger in 1 in einer zweiten Ausführungsform.
In 1 bezeichnet 1 einen Fahrzeugkörper des sogenannten selbstragenden Typs. Ein Kastenträger, allgemein mit 2 bezeichnet, ist einer von zwei Seitenträgern oder Elementen, die symmetrisch in Bezug auf die längsgerichtete Mittenebene des Fahrzeug fest sind. Der Trägerteil besteht aus zwei U-Profilen 3, die miteinander verbunden sind, um ein rechteckiges Kastenprofil zu bilden. Der gezeigte Träger und seine allgemeine Konstruktion und Funktion sind gut bekannt und müssen hier nicht ausführlicher beschrieben werden. Es sollte ausreichen, zu sagen, dass in einem auf dem Markt verfügbaren Fahrzeugmodell die Seitenträger als Lager für einen Zwischenrahmen dienen, der wiederum den Motor trägt. Wie in 2a-c zu sehen ist, ist der Träger in der Form eines Horns. Sein breiteres Ende 4 (links in 2a-c) ist mit der vorderen Stoßstange 5 des Fahrzeugs verbunden ( 1). Von seinem geraden, vorderen Abschnitt 6, der sich in der Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt, gibt es einen Übergang zu einem gekrümmten, hinteren Abschnitt 7, der mit der Bodenplatte des Fahrzeugs verbunden ist.
In der in 1 und 2a-c gezeigten Ausführungsform sind zwei rechteckige Metallplatten 8 sicher an gegenüberliegende vertikale Seiten 9, 10 des Balkens 2 in einem Abstand von dem Ende 4 angeklebt. Die Platten 8 sind in einem Querschnitt angeordnet, der temporär vor Biegen und Knicken geschützt werden muss. Es ist allgemein ihre Funktion, die Struktur vor diesen derart zu lagern, dass sie durch Optimieren des Brechvorgangs wirksam zur Energieabsorption verwendet werden kann. Wenn der Verformungsvorgang den Querschnitt mit den Platten 8 erreicht hat, werden diese durch die Bewegung abgespalten (vgl. 2c). Die Schraffur in 2b und 2c markiert das Ausmaß der Verformung. Die Hauptfunktion der Platten 8 ist es, die Stabilität des Trägerabschnitts zu erhöhen, der temporär vor Knicken geschützt werden muss, durch Erhöhen der Quersteifigkeit der Trägerseiten 9, 10. Der Klebstoff muss in der Lage sein, Schubspannungen bei kleineren seitlichen Bewegungen zu übertragen, wenn es jedoch eine größere Verformung gibt, sollte er ein sprödes Versagen ermöglichen. Geeignete Typen von Klebstoff sind Epoxidkleber, beispielsweise des Typs, der manchmal zum Verstärken von Türbögen verwendet wird. Die Dicke der Klebeverbindung 11 kann bis zu einige Millimeter betragen. Die Bauteile und die Klebeverbindung sind derart dimensioniert, dass das Kraftniveau in dem gezeigten Beispiel, wenn die Verbindung gelöst ist, ca. 80 bis 100 kN beträgt. Der Aufweichungsgrad beim Abspalten der Platten kann mit verschiedenen Arten von Aufweichungen des Trägers 2 in dem Bereich der Platten gesteuert werden, beispielsweise durch dünnere Blechmaterialien in dem Balken, durch Perforationen oder durch Stanzen.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Trägers 2 gemäß der Erfindung. Hier wurden die zwei Platten 8 durch vier Winkeleisen 12 ersetzt, die sicher über die Ecken des Trägers geklebt sind. In diesem Beispiel ist der Träger ebenso durch Bohrungen (nicht gezeigt) in den Ecken aufgeweicht. Im Übrigen ist das Funktionsprinzip dasselbe wie im vorhergehenden Beispiel.

Claims

Träger für ein Fahrzeug, umfassend ein aus gebogenem Blech hergestelltes, kastenförmiges Element (2), das eine größere Länge als sowohl Breite als auch Höhe besitzt und einen Abschnitt (6) besitzt, der in der Längsrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet ist, wenn er in diesem montiert ist, und der in einem Abstand von einem Ende (4) einen Bereich besitzt, der derart ausgeführt ist, dass dessen Steifigkeit in der Längsrichtung des Trägers schlagartig vermindert ist, nachdem der Balken um einen vorbestimmten Abstand, beginnend von dem Ende, verformt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das kastenförmige Element (2) in dem Bereich mittels Aussteifern (8; 12) ausgesteift ist, die an dem Kastenprofil befestigt sind, wobei die Aussteifer derart angeordnet sind, um sich abzuspalten, wenn der Träger um den vorbestimmten Abstand verformt worden ist.
Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussteifer (8; 12) an die Außenfläche des Kastenprofils mittels eines Klebstoffs angeklebt sind, der eine harte und spröde Klebverbindung (11) bereitstellt.
Träger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff ein Epoxy-Klebstoff ist.
Träger nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das kastenförmige Element (2), die Aussteifer (8; 12) und die Einrichtung zum Befestigen derselben aneinander derart angepasst sind, dass das Kraftniveau, wenn die Aussteifer abgespalten werden, ca. 80 - 100 kN beträgt.
Träger nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kastenförmige Element (2) ein Rechteckprofil besitzt, und dass die Aussteifer in der Form von Platten (8) auf zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten (9, 10) des Profils befestigt sind.
Träger nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass das kastenförmige Element (2) ein rechteckiges Profil besitzt und dass die Aussteifer in der Form von Winkeleisen (12) über die Ecken des Profils befestigt sind.
Träger nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kastenförmige Element (2) in den durch die Aussteifer (8; 12) überlappten Bereichen eine verminderte Steifigkeit in Bezug auf die benachbarten Bereiche des kastenförmigen Elements besitzt.
Träger nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kastenförmige Element (2) ein Abschnitt eines vorderen Seitenträgers in einem Personenfahrzeugchassis ist.