WO2003039939A1 - Längsträger als teil einer tragstruktur eines fahrzeuges - Google Patents

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WO2003039939A1
WO2003039939A1 PCT/EP2002/011821 EP0211821W WO03039939A1 WO 2003039939 A1 WO2003039939 A1 WO 2003039939A1 EP 0211821 W EP0211821 W EP 0211821W WO 03039939 A1 WO03039939 A1 WO 03039939A1
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side member
hollow profiles
longitudinal girder
longitudinal
height
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French (fr)
Inventor
Lothar Patberg
Dariush Philipp
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Thyssenkrupp Stahl Ag
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/12—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted assembled from readily detachable parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/02—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted comprising longitudinally or transversely arranged frame members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/008—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of light alloys, e.g. extruded

Definitions

  • the invention relates to a longitudinal member as part of a supporting structure of a vehicle, the width / height ratio of which is a 0 / b 0 ⁇ 1 and which is formed by at least two hollow profiles which run essentially parallel to one another.
  • the known measure seems to be the side member profile made of a high-strength steel material to manufacture and reduce the sheet thickness accordingly, first of all as a possible solution.
  • Bending collapse is understood to mean the failure of the side member by buckling.
  • the force F transmitted in the event of a crash could also be achieved by reducing the circumference U of the side member profile, namely by shortening its edges, but such a solution is out of the question, since this would result in an excessive reduction in the rigidity of the side member, which would lead to leads to a reduction in the load-bearing function.
  • a reduction in the edge lengths a 0 and b 0 also increases the risk of bending collapse since the profile becomes narrower. For the reasons given above, it is therefore not possible to achieve any noteworthy weight savings on the side member by reducing the edge length of the profile and / or the sheet metal thickness, taking into account the force transmitted to the passenger compartment at a level that is bearable for the occupants.
  • a first stability criterion designated with the term "folding compatibility" states that when the side member is deformed as a result of a crash, the long sides b 0 of the profile must be able to unfold unhindered because only then can the greatest possible amount of energy be absorbed and converted into deformation energy.
  • edge length ratio a 0 / b 0 must not fall below a lower limit.
  • a second stability criterion is that of the so-called "compactness”.
  • a stable and regular folding process due to crash deformation depends on the ratio of the sheet thickness t to the long side b 0 of the side member profile. This ratio t / b 0 must therefore not drop below a certain critical value, the question as to where this critical value lies depends, among other things, on the material and the quality of the side member.
  • the invention has for its object to provide a longitudinal member for vehicles in lightweight construction, which has the following properties:
  • the side member has a lower weight than
  • the side member has a stiffness, in particular bending stiffness, which is at least as great as that of the side member according to the conventional construction principle.
  • the side member has a greater energy absorption capacity in the event of a crash than the side members according to the conventional design principle.
  • the side member does not take up more space than the side member according to the conventional construction principle.
  • Longitudinal beam according to the conventional construction principle is understood to mean a longitudinal beam which consists of a closed profile which has a height b 0 which is significantly greater than its width a 0 , generally by a factor of 2-3.
  • the closed profile can consist of two profile halves connected to each other on joining flanges (so-called shell construction), but it can also be a closed profile without a flange.
  • the geometric condition "height b 0 greater than width a 0 " is characteristic in any case.
  • the reason that conventional side members have this geometry is the high flexural rigidity which such a profile has about an axis perpendicular to its longitudinal axis.
  • the above object is achieved according to the invention with a longitudinal beam of the type mentioned, in which the hollow profiles each have a width / height ratio a 1 # 2 / b lj2 «1 and are arranged at a distance from each other to form a free space and are connected to each other in a dimensionally stable manner at both ends.
  • the total height of the side member should be much greater than the height of each hollow profile.
  • the longitudinal beam according to the invention has at least the same bending stiffness with the same external dimensions as a longitudinal beam according to the conventional design principle, so that it can fully fulfill the supporting function. However, it also fulfills the stability criteria "folding compatibility" and “compactness” in that each individual profile fulfills these criteria. Due to the dimensioning, all individual profiles can unfold unhindered in the event of a crash. This ensures maximum energy consumption in the event of a crash. The new geometric design and dimensions of the side member alone result in a weight saving potential of 20%.
  • the dimensionally stable connection between the hollow profiles is provided on the front and / or laterally attached plates and / or sheets. Other adjacent components can also form the dimensionally stable connection.
  • Fig. 1 shows a side member of a support structure
  • FIG. 2 shows two side members connected to a passenger compartment according to FIG. 1 as part of a support structure of a vehicle in a space frame construction in a perspective view with different associated cross sections,
  • FIG. 3 shows two side members connected to a passenger compartment according to FIG. 1 as part of a support structure of a vehicle in a space frame design in a perspective view in a different embodiment from FIG. 2 with different associated cross sections and
  • Fig. 4 is a comparison of a side member according to the invention and a side member according to the conventional design principle in a schematic representation and in cross section.
  • the longitudinal beam 1, 2, 3, 4 according to the invention is part of a support structure T of a vehicle in a space frame design, of which parts of the passenger compartment are also shown in FIGS. 2 and 3.
  • Each longitudinal member 1, 2, 3, 4 consists of two spaced-apart, parallel mutually extending hollow profiles la, lb, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b made of sheet steel. Both hollow profiles la, lb, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b are rigidly connected to one another at their ends, so that they form a functional unit.
  • these rigid connections are shown schematically as connecting parts lc, ld. They can be designed in various ways, in particular they can be front or side plates / sheets.
  • the subsequent support structure T can also be included in the dimensionally stable connections, as shown in FIGS. 2 and 3. All conventional techniques can be considered as connection techniques, for example a welded or soldered connection, a screw connection, an adhesive connection or a riveted connection. It is crucial that such connections connect the hollow profiles 2, 3 to one another in a dimensionally stable manner.
  • the front ends of the hollow profiles 1 a, 1 b, 2 a, 2 b, 3 a, 3 b, 4 a, 4 b shown in the two exemplary embodiments in FIGS. 2 and 3 are connected via end plates / sheets 5, 6, 7, 8. While in the embodiment of FIG. 2 the rear ends are integrally connected on the one hand overlapping to hollow profiles of the support structure T of the passenger compartment, in particular via soldered connections, on the other hand they are connected to one another in a dimensionally stable manner via lateral plates / sheets 9a, 9b, 10a, 10b. In the embodiment of FIG. 3, the rear ends are overlapped with the rigid hollow profile of the support structure T of the passenger compartment and are also connected to one another in a dimensionally stable manner. In Fig.
  • a longitudinal beam formed by a single hollow profile according to the conventional construction principle is compared to a longitudinal beam according to the invention, which consists of two spaced hollow profiles la, lb forming a functional structural unit.
  • the conventional longitudinal member is produced in a shell construction, ie its two shells 11, 12 are connected to one another via flanges 11a, 11b, 12a, 12b.
  • b x «b 2 and d 0.5 b to 1.0 b 1 .
  • a 0 / b 0 ⁇ 1 applies in particular a 0 / b 0 ⁇ 1, whereby “ ⁇ ” is understood to mean a factor of at least “2” as a rule between “2” and “3” , At the end of the description, there are two comparisons for these dimensions for specific dimensions.
  • the wall thickness of the individual profiles was reduced by approximately 25.93% from 1.35 mm to 1.00 mm compared to the conventional side member.
  • ⁇ ra depends on the material (high-strength steels have significantly higher ⁇ ra values than conventional longitudinal beam steels), on the other hand ⁇ m also depends on the geometry of the longitudinal beam or the individual profiles. It should be pointed out that the invention lies exclusively in the geometric design of the new side member. However, more extensive weight savings can be achieved by selecting the strength of the material, as explained in Example 1 above. However, significant weight savings can also be achieved if the same material as in the prior art is selected. Reference is made to example 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Längsträger als Teil einer Tragstruktur eines Fahrzeuges. Um für einen gegebenen Bauraum einen Längsträger bezüglich seiner Biegesteifigkeit und seines Tragvermögens sowie seines Crashverhaltens zu optimieren, besteht er aus zwei Hohlprofilen 1a, 1b, 2a, 2b mit jeweils einem Höhen-/Breitenverhältnis von ungefähr 1, die mit Abstand voneinander unter Bildung eines Freiraums angeordnet und an ihren beiden Enden 5, 6, 9a, 9b, 10a, 10b formsteif miteinander verbunden sind.

Description

LANGSTRAGER ALS TEIL EINER TRAGSTRUKTUR EINES FAHRZEUGES
Die Erfindung betrifft einen Längsträger als Teil einer Tragstruktur eines Fahrzeuges, dessen Breiten-- /Höhenverhältnis a0/b0 < 1 ist und der von mindestens zwei im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Hohlprofilen gebildet ist.
Nach dem heutigen Stand der Technik gefertigte Längsträger sind konstruktiv hinsichtlich hoher Gewichtseinsparung bei gleichzeitig maximaler Steifigkeit bereits optimiert ausgelegt. D.h., es kann kaum noch ein Gewichteinsparungspotential allein durch Reduzierung der Blechdicke oder allein durch Verringerung der Querschnittsfläche des Trägerprofils realisiert werden. Eine weitere Reduzierung der Blechdicke hätte eine unzureichende Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit bzw. Beulsteifigkeit des Längsträgers zur Folge.
Um dennoch zu einer Gewichtsreduzierung durch Verringerung der Blechdicke zu kommen, ist es eine bekannte konstruktive Maßnahme, einen höherfesten Werkstoff einzusetzen, der auch bei verringerter Blechdicke noch ausreichende mechanische Festigkeiten aufweist, um die Festigkeit des Längsträgers ausreichend groß zu halten und nicht unter ein gefordertes Mindestmaß absinken zu lassen. Daher scheint die bekannte Maßnahme, das Längsträgerprofil aus einem hochfesten Stahlwerkstoff zu fertigen und die Blechdicke entsprechend zu reduzieren, zunächst einmal als möglicher Lösungsweg.
Die Verwendung hochfester Stahlwerkstoffe bringt jedoch neue Probleme in Bezug auf das Crashverhalten der Tragstruktur mit sich. Die über die Längsträger im Crashfall auf die Fahrgastzelle übertragene Kraft F berechnet sich nach der Formel F = σ x A, wobei σ die Streckgrenze des Werkstoffs bezeichnet und A = U x t gilt, d.h. A ist die Materialquerschnittfläche des Längsträgerprofils mit dem Umfang U und der Blechdicke t. Da bei hochfesten Stahlwerkstoffen der Wert σ deutlich größer ist als bei Werkstoffen für herkömmliche Längsträger, ist ohne Verringerung der Blechdicke t die auf die Fahrgastzelle im Crashfall übertragene Kraft F unakzeptabel hoch (Gefährdung der Insassen) . Würde dagegen zur Redzierung der im Crashfall übertragenen Kraft F die Blechdicke t verkleinert, dann würde das eine Verringerung der Biegesteifigkeit zur Folge haben und damit die Gefahr eines sogenannten Biegekollapses vergrößern. Unter Biegekollaps wird das Versagen des Längsträgers durch Ausknicken verstanden.
Die im Crashfall übertragene Kraft F könnte auch durch Verkleinerung des Umfangs U des Längsträgerprofils, und zwar durch Verkürzung seiner Kanten erreicht werden, doch kommt eine solche Lösung nicht in Betracht, da damit eine zu große Verringerung der Steifigkeit des Längsträgers einher gehen würde, was zu einer Reduzierung der Tragfunktion führt. Eine Verringerung der Kantenlängen a0 und b0 erhöht außerdem die Gefahr des Biegekollapses, da das Profil schmaler wird. Aus den vorstehend aufgeführten Gründen lässt sich daher unter Beachtung der auf die Fahrgastzelle übertragenen Kraft auf einem für die Insassen erträglichen Niveau eine nennenswerte Gewichtseinsparung am Längsträger durch Verringerung der Kantenlänge des Profils und/oder der Blechdicke nicht erzielen.
Ein weiterer Grund dafür, dass das Verhältnis der Kantenlängen a0/b0 nicht weiter verringert werden kann, ist, dass es sogenannte Stabilitätskriterien (Schriever, T. : "Zur nichtlinearen FE-Analyse des Verformungsverhaltens von Fahrzeuglängsträgern mit gezielt eingebrachten geometrischen Imperfektionen" ; Institut für Kraftfahrwesen Aachen, RWTH Aachen, Aachen 1990) in Bezug auf die Faltung des Längsträgers bei seiner Deformation infolge Crash gibt, die eingehalten werden müssen. Ein mit dem Begriff "Faltungskompatibilität" bezeichnetes erstes Stabilitätskriterium besagt, dass sich bei der Deformation des Längsträgers infolge Crash die langen Seiten b0 des Profils ungehindert auffalten können müssen, weil nur dann die größtmögliche Energiemenge aufgenommen und in Verformungsenergie umgesetzt werden kann. Es darf deshalb nicht dazu kommen, dass sich die Innenflächen des Profils an ihren Längskanten b0 beim Auffalten berühren und so die freie Faltenbildung behindert wird. Daher darf das Kantenlängenverhältnis a0/b0 einen unteren Grenzwert nicht unterschreiten. Ein zweites Stabilitätskriterium ist das der sogenannten "Kompaktheit" . Ein stabiler und regelmäßiger Faltungsprozeß infolge Crashdeformation ist abhängig vom Verhältnis der Blechdicke t zur langen Seite b0 des Längsträgerprofils. Dieses Verhältnis t/b0 darf daher nicht unter einen bestimmten kritischen Wert absinken, wobei die Frage, wo dieser kritische Wert liegt, u.a. davon abhängt, aus welchem Werkstoff in welcher Güte der Längsträger besteht. Es ist somit ersichtlich, dass das Stabilitätskriterium "Kompaktheit" , das der Fachmann im Interesse eines stabilen und regelmäßigen Faltungsprozesses im Crashfall einzuhalten bestrebt ist, den Fachmann davon abhält, die Blechdicke t weiter zu verringern, um so Gewicht einzusparen.
Das Stabilitätskriterium "Faltungskompatibilität" ist auch bei einem bekannten Längsträger der eingangs genannten Art (US-PS 4 986 597) nicht eingehalten. Bei diesem Träger sind zwei Hohlprofile über ihre gesamte Länge mit Flanschen verbunden, indem die Hohlprofile mit den Flanschen zwischen sich ein weiteres Hohlprofil bilden. Ein solcher Längsträger stellt eine funktionale Baueinheit dar, d.h. dass seine beiden Hohlprofile aufgrund ihrer Verbindung über ihre gesamte Länge insbesondere hinsichtlich Biegung und Torsion als Einheit belastet werden. Die Verhältnisse von Breite zur Höhe der einzelnen Hohlprofile sind bei diesem bekannten Längsträger regelmäßig größer, zum Teil sogar wesentlich größer als 1. Deshalb dürfte bei einem solchen Längsträger die Gefahr bestehen, dass im Crashfall eine freie Faltenbildung behindert wird, indem die Falten gegenüberliegender Seiten aneinander stoßen.
Neben solchen Längsträgern, deren Hohlprofile eine funktionale Baueinheit bilden, ist eine
Längsträgerstruktur mit einer doppelten Längsträgerebene mit jeweils kompakten und mit Abstand voneinander angeordneten Einzelprofilen bekannt (Stahl und Eisen 121 (2001) Nr. 7, Seiten 36 und 37) . Bei einer solchen Längsträgerstruktur werden im Falle eines Frontalcrashs aber auch schon bei einer einfachen Biegebelastung die als Hohlprofile ausgebildeten Einzelprofile unabhängig voneinander belastet, weil im Gegensatz zu dem vorbeschriebenen Längsträger mangels Verbindung der Einzelprofile untereinander keine wechselseitige Unterstützung stattfinden kann. Das bedeutet, dass jedes Einzelprofil für die maximal auftretende Belastung ausgelegt sein muss, was üblicherweise mit einer dickeren Wandstärke der Einzelprofile umgesetzt wird. Deshalb stellt dieser vorbekannte Längsträger mit doppelter Längsträgerebene kein Tragelement dar, dessen Hohlprofile eine funktionale Baueinheit bilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Längsträger für Fahrzeuge in Leichtbauweise zu schaffen, der folgende Eigenschaften aufweist:
a) Der Längsträger hat ein geringeres Gewicht als
Längsträger nach konventionellem Konstruktionsprinzip. b) Der Längsträger hat eine Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit, die mindestens so groß ist wie die der Längsträger nach konventionellem Konstruktions- prinzip.
c) Der Längsträger hat ein größeres Energieaufnahmevermögen im Crashfall als die Längsträger nach konventionellem Konstruktionsprinzip .
d) Der Längsträger beansprucht keinen größeren Bauraum als Längsträger nach konventionellem Konstruktions- prinzip.
Unter "Längsträger nach konventionellem Konstruktions- prinzip" wird ein Längsträger verstanden, der aus einem geschlossenen Profil besteht, welches eine Höhe b0 aufweist, die deutlich größer ist als seine Breite a0, in der Regel um einen Faktor 2-3. Das geschlossene Profil kann aus zwei miteinander an Fügeflanschen verbundenen Profilhälften bestehen (sogenannte Schalenbauweise) , es kann sich aber auch um ein geschlossenes Profil ohne Flansch handeln. Charakteristisch ist aber in jedem Fall die geometrische Bedingung "Höhe b0 größer als Breite a0" Der Grund dafür, dass konventionelle Längsträger diese Geometrie haben, ist die hohe Biegesteifigkeit, die ein solches Profil um eine zu seiner Längsachse senkrechte Achse aufweist.
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Längsträger der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Hohlprofile jeweils ein Breiten-/Höhenverhältnis a1#2/blj2 « 1 haben und mit Abstand voneinander unter Bildung eines Freiraums angeordnet und an ihren beiden Enden formsteif miteinander verbunden sind. Insbesondere sollte die Gesamthδhe des Längsträgers gegenüber der Höhe eines jeden Hohlprofils viel größer sein.
Der erfindungsgemäße Längsträger hat bei gleichen Außenabmessungen wie ein Längsträger nach konventionellem Konstruktionsprinzip eine mindestens gleiche Biegesteifigkeit, so dass er die Tragfunktion voll erfüllen kann. Er erfüllt aber auch die Stabilitätskriterien "Faltungskompatibilität" und "Kompaktheit" dadurch, dass jedes Einzelprofil diese Kriterien erfüllt. Aufgrund der Dimensionierung können sich im Crashfall alle Einzelprofile unbehindert auffalten. Dadurch ist im Crashfall eine maximale Energieaufnahme gewährleistet. Allein aufgrund der neuen geometrischen Gestaltung und Dimensionierung des Längsträgers ergibt sich ein Gewichtseinsparungspotential von 20%.
Als formsteife Verbindung zwischen den Hohlprofilen dienen stirnseitig und/oder seitlich angebrachte Platten und/oder Bleche. Andere angrenzende Bauteile können aber auch die formsteife Verbindung bilden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 einen Längsträger einer Tragstruktur eines
Fahrzeuges aus zwei eine funktionale Baueinheit bildenden Hohlprofilen in Seitenansicht und schematischer Darstellung und mit zugehörigen Querschnitten,
Fig. 2. zwei an eine Fahrgastzelle angeschlossene Längsträger gemäß Fig. 1 als Teil einer Tragstruktur eines Fahrzeuges in Space-Frame- Bauart in perspektivischer Darstellung mit verschiedenen zugehörigen Querschnitten,
Fig. 3 zwei an eine Fahrgastzelle angeschlossene Längsträger gemäß Fig. 1 als Teil einer Tragstruktur eines Fahrzeuges in Space-Frame- Bauart in perspektivischer Darstellung in einer zu Fig. 2 anderen Ausführung mit verschiedenen zugehörigen Querschnitten und
Fig. 4 eine Gegenüberstellung eines erfindungsgemäßen Längsträgers und eines Längsträgers nach konventionellem Konstruktionsprinzip in schematischer Darstellung und im Querschnitt.
Der erfindungsgemäße Längsträger 1, 2, 3, 4 ist Teil einer Tragstruktur T eines Fahrzeuges in Space-Frame- Bauart , von der in Fig. 2 und 3 auch Teile der Fahrgastzelle dargestellt sind.
Jeder Längsträger 1, 2, 3, 4 besteht aus zwei mit Abstand voneinander angeordneten, parallel zueinander verlaufenden Hohlprofilen la, lb, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b aus Stahlblech. Beide Hohlprofile la, lb, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b sind an ihren Enden formsteif miteinander verbunden, so dass sie eine funktionale Einheit bilden. In Fig.4 sind diese formsteifen Verbindungen schematisch als Anschlussteile lc, ld dargestellt. Sie können verschiedenartig gestaltet sein, insbesondere können sie stirnseitige oder seitliche Platten/Bleche sein. In die formsteifen Verbindungen können aber auch die anschließende Tragstruktur T einbezogen werden, wie die Fig. 2 und 3 zeigen. Als Verbindungstechniken kommen alle herkömmlichen Techniken in Betracht, beispielsweise eine Schweiß- oder Lötverbindung, eine Schraubverbindung, eine Klebeverbindung oder eine Nietverbindung. Entscheidend ist, dass solche Verbindungen die Hohlprofile 2, 3 formsteif miteinander verbinden.
Die in beiden Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 dargestellten vorderen Enden der Hohlprofile la, lb, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b sind über stirnseitige Platten/Bleche 5, 6 ,7, 8 verbunden. Während beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 die hinteren Enden einerseits überlappend an Hohlprofilen der Tragstruktur T der Fahrgastzelle Stoffschlüssig, insbesondere über Lötverbindungen angeschlossen sind, sind sie andererseits über seitliche Platten/Bleche 9a, 9b, 10a, 10b miteinander formsteif verbunden. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 sind die hinteren Enden überlappend mit dem steifen Hohlprofil der Tragstruktur T der Fahrgastzelle und darüber auch miteinander formsteif verbunden. In Fig. 4 ist ein von einem einzigen Hohlprofil gebildeter Längsträger nach konventionellem Konstruktionsprinzip einem erfindungsgemäßen Längsträger gegenübergestellt, der aus zwei beabstandeten, eine funktionale Baueinheit bildenden Hohlprofilen la, lb besteht. Der konventionelle Längsträger ist in Schalenbauweise hergestellt, d.h. dass seine beiden Schalen 11, 12 über Flansche 11a, 11b, 12a, 12b miteinander verbunden sind. Wie die Gegenüberstellung zeigt, haben beide Längsträger die gleichen Außenmaße, nämlich die Breite a0 = a.1 = a2. Die Höhe des herkömmlichen Längsträgers über alles beträgt b0 = b + 2'c. Beim erfindungsgemäßen Längsträger ist die Höhe über alles identisch und beträgt b0 = b + b2 + d mit d = Höhe des Freiraums zwischen den beiden Hohlprofilen la, lb. Vorzugsweise sind bx « b2 und d = 0,5 b bis 1,0 b1. Für das Höhen/Breitenverhältnis gilt also a0/b0 < 1 insbesondere a0/b0 << 1, wobei unter „<<" ein Faktor von mindestens „2" in der Regel zwischen „2" und „3" verstanden wird. Am Ende der Beschreibung sind zu diesen Längsträgern zwei Gegenüberstellungen für bestimmte Dimensionierungen gegeben. Beim Beispiel 1 ist als Werkstoff für den erfindungsgemäßen Längsträger der höherfeste Stahl DP-K 34/60 mit einer Dehngrenze Rp0,2 = 340 N/mm2 für den erfindungsgemäßen Längsträger betrachtet worden, während der Vergleichslängsträger herkömmlicher Bauart aus ZStE 300 (Dehngrenze Rp0_2 = 300 N/mm2) bestand. Die Wanddicke der Einzelprofile wurde gegenüber dem herkömmlichen Längsträger um etwa 25,93% von 1,35 mm auf 1,00 mm verringert. Die für die Kraftübertragung durch den Längsträger relevante freie Schnittfläche A (im Beispiel 1 "Querschnittsfläche" genannt) beträgt bei dem erfindungsgemäßen Längsträger nur A = 496 mm2, während sie bei dem herkömmlichen Längsträger A = 623,7 mm2 beträgt. Da die Masse der Längsträger proportional zu ihrer freien Schnittfläche ist (Masse = p x L x A, mit p x L = const.), kann aus dem Vergleich dieser Werte bestimmt werden, dass der erfindungsgemäße Längsträger nur 79,5% der Masse des herkömmlichen Längsträgers besitzt, somit also eine Gewichtseinsparung von 20,5% realisiert werden konnte.
Die Werte für die Kraft Fra zeigen, dass die im Crashfall absorbierte Energiemenge bei dem erfindungsgemäßen Längsträger deutlich größer ist als bei dem herkömmlichen Längsträger. Dieser Vergleich lässt sich anhand der Werte für Fm anstellen, weil die absorbierte Energie proportional ist zu der Kraft Fm, die sich aus der Formel Fra = σm x A berechnet, wobei σm die im Längsträger wirksame durchschnittliche Spannung ist
Figure imgf000013_0001
[Quelle: Schriever, T. ..s. o.].
Der Wert σra ist einerseits werkstoffabhängig (höherfeste Stähle weisen wesentlich größere σra-Werte auf als herkömmliche Längsträger-Stähle) , andererseits ist σm auch abhängig von der Geometrie des Längsträgers bzw. der Einzelprofile . Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung ausschließlich in der geometrischen Gestaltung des neuen Längsträgers liegt. Es kann aber eine weiterreichende Gewichtseinsparung über die Auswahl der Festigkeit des Werkstoffes erzielt werden, so wie in dem vorstehenden Beispiel 1 erläutert. Allerdings lassen sich deutliche Gewichtseinsparungen auch schon erzielen, wenn derselbe Werkstoff wie beim Stand der Technik ausgewählt wird. Dazu wird auf das Beispiel 2 verwiesen.
Beispiele
Figure imgf000015_0001
Beispiel 1
ZStE 300, Rp02 = 300 N/mm2 DP-K 3 /60, Rp0 _ = 3 0 N/mm2 t = 1,35 mm Blechdicke t = 1,00 mm
A = U t = 462 mm 1,35 mm Querschnittsflache A = 2 248 mm 1,00 mm
= 523, 7 mm2 als Maß f r die Masse = 496,00 mm2 m ~ A = 100% Masse m = 79,5% σm = 58,1 N/mm2 Mittlere Spannung σm = 83,3 N/mm2
Fm = 36,2 kN Fm = 41,3 kN
Kraft ~ absorbierte Energie
Beispiel 2
ZStE 300, Rp0 _ = 300 N/mm2 ZStE 300, Rp0 _ = 300 N/mm2 t = 1,35 mm Blechdicke t = 1,00 mm
A = U t = 462 mm 1,35 mm Querschnittsflache A = 2 248 mm 1,00 mm
= 623, 7 mm2 als Maß für die Masse = 496,00 mm2 m ~ A = 100% Masse m = 79,5% σm = 58,1 N/mm2 Mittlere Spannung σm = 77,6 N/mm2
Fra = 36,2 kN Fm = 38,5 kN
Kraft - absorbierte Energie

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Längsträger als Teil einer Tragstruktur eines Fahrzeuges, dessen Breiten-/Höhenverhältnis a0/b0 < 1 ist und der von mindestens zwei im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Hohlprofilen gebildet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ss die Hohlprofile jeweils ein Breiten- /Höhenverhältnis a1/2/b1/2 «1 haben und mit Abstand voneinander unter Bildung eines Freiraums angeordnet und an ihren beiden Enden formsteif miteinander verbunden sind.
2. Längsträger nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Gesamthöhe b0 des Längsträgers gegenüber der Höhe b1/2 eines jeden Hohlprofils viel größer ist.
3. Längsträger nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ss als formsteife Verbindung zwischen den Hohlprofilen stirnseitig und/oder seitlich angebrachte Platten und/oder Bleche dienen.
PCT/EP2002/011821 2001-11-07 2002-10-23 Längsträger als teil einer tragstruktur eines fahrzeuges WO2003039939A1 (de)

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