WO2016000964A1 - Längsträgeranordnung einer karosserie eines kraftfahrzeugs und karosserie eines kraftfahrzeugs mit einer derartigen längsträgeranordnung - Google Patents

Längsträgeranordnung einer karosserie eines kraftfahrzeugs und karosserie eines kraftfahrzeugs mit einer derartigen längsträgeranordnung Download PDF

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    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/01—Reducing damages in case of crash, e.g. by improving battery protection

Definitions

  • the voriiegende invention relates to a side rail assembly of a body of a motor vehicle and a body of a motor vehicle with such a side rail assembly, wherein the side rail assembly is a supporting
  • a motor vehicle in particular a passenger vehicle having a front end, a passenger compartment and a rear end, designed to be as collision safe for a vehicle occupant.
  • predetermined load profile are progressively deformed and thereby
  • a composite structural body support in contrast to a metallic body structure support, fails not by plastic deformation but essentially by progressive brittle failure. Such a failure or such a failure mechanism will
  • Fragmentation or splintering of the body structure carrier primarily in brittle fracture.
  • Another form of "crushing” is a defined transfer of the material by 180 ° directly on an impact surface, this distribution is also called peeling or peeling Removal of kinetic collision energy a fiber breakage mechanism in conjunction with friction to action.
  • the two mentioned failure mechanisms function effectively in a frontal impact in which the force on the body structure support is perpendicular to a beam cross section.
  • Fiber composite material is that a force curve of a force in which the
  • Body structure carrier is claimed and finally fails, initially achieved by an initial very low elastic deformation of the body structure support a force peak until the brittle failure sets in and then sets on another failure force curve at a lower force level, which is significantly lower than the initial Force peak is. It is also known that the initial force peak by a so-called
  • Triggering i. a targeted weakening of the body structure carrier, can be reduced. Once the force peak is overcome, the failed
  • Body structure carrier progressively without further force peak as at the beginning of the brittle failure.
  • Rail carrier assembly consists essentially of fiber composite material and a failure of sections of the side rail assembly reliably separated from each other.
  • a longitudinal beam arrangement of a body of a motor vehicle according to the present invention is designed such that, in the event of a collision, in particular a frontal collision or a collision load in the longitudinal direction of the longitudinal beam arrangement of the motor vehicle, collision energy progressively fails in an absorbing manner.
  • the side member assembly has a first one
  • Longitudinal support element which is formed from a fiber composite material, and has a second side member, which is formed of a fiber composite material.
  • the second side member is behind the first
  • the longitudinal beam arrangement is designed such that in the event of the collision of the motor vehicle, the second side member begins to fail after the first side member has failed.
  • the side member assembly fails to be brittle over a given failure distance, i. according to the failure mechanism "crushing" described above.
  • the second longitudinal carrier element only begins to fail after the first longitudinal carrier element or a predetermined failure path of the first longitudinal carrier element has completely failed and thus be
  • Connecting element represents a separation of the two side members and thus also allows a complete separation of the failure of the first side member of the failure of the second side member.
  • the first side rail member has a trigger reducing a initial failure force level of the first side rail member such that the initial failure force level of the first side rail member is smaller than a initial failure force level of the second side rail member.
  • Triggering is a well-known term used for targeted debulking of fiber composites, where triggering causes the first side rail member to have a lower initial force peak until failure begins to occur
  • a side member with triggering has a lower initial failure force level than a side member without
  • connection regions have the same wall thickness.
  • connection regions alternatively or additionally have the same material or the same
  • the first side rail element and the second side rail element can be produced by first producing a single side rail. Then, the side member is divided into two side rail members, ie, the first side rail member and the second side rail member. With In other words, it is thus possible to produce a single side member, from which by a simple manufacturing step, such as a cutting or
  • Material composition ensure that the first side member fails before the second side member.
  • a predetermined failure distance of the first side member and a predetermined failure distance of the second side member have a same cross-sectional shape and / or the same
  • Wall thickness and / or a same material composition
  • the longitudinal beam arrangement can be used by a continuously produced longitudinal beam with a constant cross-sectional shape or constant wall thickness or constant material composition to separate it into two parts, namely the first side member and the second side member.
  • the first side member namely the first side member and the second side member.
  • a longitudinal beam produced in a continuous production process can be produced particularly inexpensively.
  • the connecting element is designed such that the connecting element is supported on a front end side of the second side rail member.
  • the front end side of the second side member may be supported on a wall which extends in the transverse direction to the side member assembly.
  • the rear end side of the first longitudinal support element on a wall of the Be supported connecting element which extends in the transverse direction to the longitudinal direction of the side rail assembly.
  • the connecting element has a wall which extends transversely to the longitudinal direction of the longitudinal beam arrangement, on the front side of which the rear end side of the first longitudinal support element is supported and on the rear side of which the front end side of the second side member is supported.
  • Connecting element on the second side rail member can be effectively carried out a force transmission in the longitudinal direction of the side rail assembly on the second side rail member.
  • Sidewall member on the connecting element in particular on a wall of the connecting element, can advantageously a force in the longitudinal direction of the first longitudinal support member on the connecting element and of the
  • the connecting element can also be formed without an end wall, wherein the first longitudinal carrier element and / or the second longitudinal carrier element can be connected to the connecting element via a connection that can be loaded for thrust, for example via an adhesive connection and / or via a screw or rivet connection.
  • the connecting element may be formed of a metallic material.
  • the connecting element can also be formed from a fiber composite material.
  • the connecting element is formed of a metallic material, a steel or aluminum material is preferred.
  • the connecting element has a first sleeve section, which encompasses or engages around a rear end of the first longitudinal carrier element.
  • the connecting element has a first projecting portion which extends from the rear end of the first Side member comprises or is embraced.
  • the projection portion is inserted into the rear end of the first side rail member and received by the rear end of the first side rail member.
  • connection or configuration of the connecting element allows a secure and firm connection between the connecting element and the first longitudinal support element, which can also absorb transverse forces.
  • the connecting element has a second sleeve portion which has a rear end of the second
  • Side member encompasses or includes.
  • the rear end of the second side rail member is in the second sleeve portion
  • the connecting element has a second projection section, which is encompassed by a rear end of the second longitudinal carrier element.
  • the second projection portion is thus in the front end of the second
  • the connecting element can thus enable a secure connection, which can also absorb transverse forces, between the first longitudinal carrier element and the second longitudinal carrier element.
  • the first side member preferably has a closed cross-section and is thus formed as a hollow carrier.
  • the second side member has a closed cross-section and is thus formed as a hollow carrier.
  • the present invention further relates to a body of a
  • the first longitudinal carrier element and / or the second longitudinal carrier element preferably consist of a fiber-reinforced plastic composite material with carbon fibers.
  • the fibrous plastic composite may additionally or alternatively contain other fibers such as glass fibers or aramid fibers. Any conceivable useful fibers in a body construction are conceivable.
  • the fibers of the fiber-reinforced plastic composite material may be present particularly preferably as continuous fibers in the fiber-reinforced plastic composite material, since continuous fibers allow a particularly high strength of the fiber-reinforced plastic composite material.
  • Fig. 1 is a schematic sectional side view of a
  • Fig. 2 is a schematic diagram of a force curve F over a
  • a side member assembly 1 includes a first side rail member 3 and a second side member
  • the connecting element 7 is formed for example from a steel material, wherein the rear end of the first side member 3 and the front end of the second side member 5 are connected to the first sleeve portion 73 and the second sleeve portion 75 of the connecting element 7.
  • the side member assembly 1 is part of a body of a
  • the side rail assembly may be a motor bracket.
  • the side rail assembly may extend substantially over an entire length of a rear carriage or a front end of the motor vehicle and is a structural part of a so-called crash structure of the
  • the body of the motor vehicle may have a left side member assembly and a right side member assembly on which a bumper cross member is indirectly or directly attached.
  • Side member assembly 1 may thus be part of a main load path in the event of a head-on collision or rear-end collision of the passenger vehicle extending from a bumper cross member to a passenger compartment.
  • the side member assembly 1 is a carbon fiber reinforced plastic, ie, a carbon fiber composite.
  • the first side member 3 and the second side member 5 are each hollow beam with, for example, a rectangular or square cross-section.
  • a failure portion of the first side rail member 3 and a failure portion of the second side rail member 5 are the same
  • Figure 2 is a schematic diagram of a force curve F over a
  • Second side member 3 is used up and thus a load by the collision on the initial failure force level F2 of the second side member 5 can increase and causes the second side member 5 also begins to fail. Since the second side member 5 as well as the first Sidewall member 3 is designed fails the second side member 5 in a further course substantially on a force level F2 ⁇ which corresponds approximately to the force level F1 ' .
  • the initial failure force level F1 of the first side member 3 may also be slightly larger than the other
  • Initial failure force level F2 of the second side member 5 is. It is also possible that the first side member 3 and the second
  • Material composition are designed differently, so that the force level gradients FT can differ from each other F2 V.

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Abstract

Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, wobei die Längsträgeranordnung (1) derart ausgebildet ist, dass im Falle einer Kollision des Kraftfahrzeugs Kollisionsenergie absorbierend fortschreitend versagt, mit einem ersten Längsträgerelement (3), das aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, und einem zweiten Längsträgerelement (5), das aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist und hinter dem ersten Längsträgerelement (3) angeordnet ist, wobei das erste Längsträgerelement (3) und das zweite Längsträgerelement (5) mittels eines Verbindungselements (7) miteinander verbunden sind, und wobei die Längsträgeranordnung (1) derart ausgebildet ist, dass im Fall der Kollision des Kraftfahrzeugs das zweite Längsträgerelement (5) beginnt zu versagen, nachdem das erste Längsträgerelement (7) versagt hat.

Description

Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs und Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Längsträgeranordnung
Die voriiegende Erfindung betrifft eine Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs und eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Längsträgeranordnung, wobei die Längsträgeranordnung ein tragendes
Strukturelement der Karosserie bildet und im Fall einer Kollision des Kraftfahrzeugs unter Absorbierung von Kollisionsenergie fortschreitend versagt.
Es ist bekannt ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, das einen Vorderwagen, eine Fahrgastzelle und einen Hinterwagen aufweist, für einen Fahrzeuginsassen möglichst kollisionssicher auszulegen. Üblicherweise
weist/weisen dabei ein Vorderwagen und/oder ein Hinterwagen Strukturelemente auf, die im Falle einer Kollision über eine bestimmte Strecke bei einem
vorgegebenen Lastverlauf fortschreitend verformt werden und dabei
Kollisionsenergie absorbieren, wobei die Fahrgastzelle mit dem Fahrzeuginsassen abgebremst wird. Es ist bekannt für eine derartige Karosseriestruktur einen duktilen Werkstoff, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, zu verwenden, der über die vorgegebene Strecke plastisch verformt wird.
In jüngerer Zeit gibt es Bestrebungen, statt metallischen Werkstoffen
Faserverbundwerkstoffe für eine derartige Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs zu verwenden. Ein Karosseriestrukturträger aus Faserverbundwerkstoff versagt im Gegensatz zu einem metallischen Karosseriestrukturträger nicht durch plastisches Verformen sondern im Wesentlichen durch fortschreitendes sprödes Versagen. Ein derartiges Versagen bzw. ein derartiger Versagensmechanismus wird
beispielsweise„crushing" genannt. Beim Versagensmechanismus„crushing" erfolgt eine mehr oder weniger vollständige Desintegration {Pulverisierung bzw.
Fragmentierung oder auch Zersplitterung genannt) des Karosseriestrukturträgers vorrangig im Sprödbruch. Eine weitere Form des„crushings" ist eine definierte Umlegung des Materials um 180° direkt an einer Aufprallfläche, wobei diese Umlegung auch aufschälen oder schälen genannt wird. Beim„crushing" kommt zum Abbau der kinetischen Kollisionsenergie ein Faserbruchmechanismus in Verbindung mit Reibung zur Wirkung. Die beiden genannten Versagensmechanismen funktionieren effektiv bei einem frontalen Aufprall, bei welchem die Kraft auf den Karosseriestrukturträger senkrecht zu einem Trägerquerschnitt steht. Zwischen den vorstehend genannten Versagensarten des„crushing" gibt es alle möglichen Zwischenformen eines Versagens, die sich grundsätzlich durch einen mehr oder weniger kleinteiligen Faserbruch unterscheiden, Je kleinteiliger das Versagen, umso höher ist die Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit beim Versagen bzw. desto höher ist die Last, bei der das Versagen erfolgt.
Eine weitere Eigenschaft eines Karosseriestrukturträgers aus
Faserverbundwerkstoff ist, dass ein Kraftverlauf einer Kraft, bei der der
Karosseriestrukturträger beansprucht wird und bei der schließlich ein Versagen eintritt, zu Beginn durch eine anfängliche sehr geringe elastische Verformung des Karosseriestrukturträgers eine Kraftspitze erreicht, bis das spröde Versagen einsetzt und sich dann über einen weiteren Versagenskraftverlauf auf einem niedrigeren Kraftniveau einstellt, das deutlich niedriger als die anfängliche Kraftspitze ist. Es ist ebenfalls bekannt, dass die anfängliche Kraftspitze durch eine sogenannte
Triggerung, d.h. eine gezielte Schwächung des Karosseriestrukturträgers, verringert werden kann. Sobald die Kraftspitze überwunden ist, versagt der
Karosseriestrukturträger fortschreitend ohne weitere Kraftspitze wie zu Beginn des spröden Versagens.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs sowie eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Längsträgeranordnung zu schaffen, wobei die
Längsträgeranordnung im Wesentlichen aus Faserverbundwerkstoff besteht und ein Versagen von Abschnitten der Längsträgeranordnung zuverlässig voneinander trennt.
Diese Aufgabe wird durch eine Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs gelöst, die die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Ferner wird diese Aufgabe durch eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Längsträgeranordnung gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
Eine Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart ausgebildet, dass sie im Falle einer Kollision, insbesondere einer Frontalkollision bzw. einer Kollisionslast in Längsrichtung der Längsträgeranordnung, des Kraftfahrzeugs Kollisionsenergie absorbierend fortschreitend versagt. Die Längsträgeranordnung weist ein erstes
Längsträgerelement auf, das aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, und weist ein zweites Längsträgerelement auf, das aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist. Das zweite Längsträgerelement ist hinter dem ersten
Längsträgerelement angeordnet, und fluchtet insbesondere mit dem ersten
Längsträgerelement. Das erste Längsträgerelement und das zweite
Längsträgerelement sind mittels eines Verbindungselements miteinander verbunden. Die Längsträgeranordnung ist dabei derart ausgebildet, dass im Fall der Kollision des Kraftfahrzeugs das zweite Längsträgerelement beginnt zu versagen, nachdem das erste Längsträgerelement versagt hat.
Die Längsträgeranordnung versagt dabei über eine vorgegebene Versagensstrecke spröde, d.h. gemäß dem eingangs beschriebenen Versagensmechanismus „crushing".
Das zweite Längsträgerelement beginnt insbesondere erst zu versagen, nachdem das erste Längsträgerelement bzw. eine vorgegebene Versagensstrecke des ersten Längsträgerelements vollständig versagt hat und damit sein
Kollisionsenergieabsorptionspotential aufgebraucht hat.
Durch eine Gliederung der Längsträgeranordnung in ein erstes Längsträgerelement und ein zweites Längsträgerelement, die getrennte Elemente darstellen, kann es mit einfachen Mitteln sichergestellt werden, dass das zweite Längsträgerelement nicht frühzeitig beginnt zu versagen, da bei dem zweiten Längsträgerelement erst ein Anfangsversagenskraftniveau überwunden werden muss, das höher als ein
Versagenskraftniveau dieses Abschnitts der Längsträgeranordnung ist, falls das erste Längsträgerelement und das zweite Längsträgerelement ein integrales, einstückiges Längsträgerelement der Längsträgeranordnung wären. Das
Verbindungselement stellt eine Trennung der beiden Längsträgerelemente dar und ermöglicht damit auch eine vollständige Trennung des Versagens des ersten Längsträgerelements von dem Versagen des zweiten Längsträgerelements.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Längsträgeranordnung der
vorliegenden Erfindung weist das erste Längsträgerelement eine Triggerung auf, die ein Anfangsversagenskraftniveau des ersten Längsträgerelements reduziert, so dass das Anfangsversagenskraftniveau des ersten Längsträgerelements kleiner als ein Anfangsversagenskraftniveau des zweiten Längsträgerelements ist.
Eine Triggerung ist ein bekannter Begriff, der für eine gezielte Schwächung bzw. konstruktive Vorschädigung von Faserverbundwerkstoffen verwendet wird, wobei eine Triggerung bewirkt, dass das erste Längsträgerelement eine geringere anfängliche Kraftspitze bis zu einem Beginn eines Versagen des
Längsträgerelements aufweist. Ein Längsträgerelement mit Triggerung hat ein geringeres Anfangsversagenskraftniveau als ein Längsträgerelement ohne
Triggerung.
Hierdurch kann verhindert werden, dass das zweite Längsträgerelement zusammen mit oder vor dem ersten Längsträgerelement beginnt zu versagen.
Bevorzugt weisen zumindest ein Verbindungsbereich des ersten
Längsträgerelements und ein Verbindungsbereich des zweiten Längsträgerelements eine gleiche Querschnittsform, insbesondere eine gleiche innere und/oder äußere Querschnittsform, auf. Alternativ oder zusätzlich weisen die Verbindungsbereiche eine gleiche Wandstärke auf. Ferner weisen die Verbindungsbereiche alternativ oder zusätzlich einen gleichen Werkstoff bzw. eine gleiche
Werkstoffzusammensetzung auf.
Hierdurch können beispielsweise das erste Längsträgerelement und das zweite Längsträgerelement hergestellt werden, indem zunächst ein einziger Längsträger hergestellt wird. Daraufhin wird der Längsträger in zwei Längsträgerelemente, d.h. in das erste Längsträgerelement und das zweite Längsträgerelement, geteilt. Mit anderen Worten ist es somit möglich einen einzigen Längsträger herzustellen, aus dem durch einen einfachen Fertigungsschritt, wie einem Zerschneiden bzw.
Zersägen des Längsträgers, das erste Längsträgerelement und das zweite
Längsträgerelement hergestellt werden kann. Hierdurch ist die Herstellung der Längsträgeranordnung vereinfacht. Insbesondere wenn das erste
Längsträgerelement zusätzlich getriggert ist, ist es möglich, trotz gleicher
Querschnittsform bzw. gleicher Wandstärke bzw. gleicher
Werkstoffzusammensetzung sicherzustellen, dass das erste Längsträgerelement vor dem zweiten Längsträgerelement versagt.
Gemäß einer Weiterbildung weisen eine vorgegebene Versagensstrecke des ersten Längsträgerelements und eine vorgegebene Versagensstrecke des zweiten Längsträgerelements eine gleiche Querschnittsform und/oder eine gleiche
Wandstärke und/oder eine gleiche Werkstoffzusammensetzung auf.
Hierdurch kann beispielsweise die Längsträgeranordnung durch einen kontinuierlich hergestellten Längsträger mit konstanter Querschnittsform bzw. konstanter Wandstärke bzw. konstanter Werkstoffzusammensetzung verwendet werden, um ihn in zwei Teile zu trennen, nämlich das erste Längsträgerelement und das zweite Längsträgerelement. In diesem Fall ist es erforderlich, dass das erste
Längsträgerelement zusätzlich getriggert wird, so dass sichergestellt ist, dass das erste Längsträgerelement vor dem zweiten Längsträgerelement versagt. Ein in einem kontinuierlichen Herstellungsverfahren hergestellter Längsträger ist besonders kostengünstig herstellbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Längsträgeranordnung der vorliegenden Erfindung ist das Verbindungselement derart ausgebildet, dass das Verbindungselement an einer vorderen Stirnseite des zweiten Längsträgerelements abgestützt ist. Zusätzlich kann die hintere Stirnseite des ersten
Längsträgerelements an dem Verbindungselement abgestützt sein.
Die vordere Stirnseite des zweiten Längsträgerelements kann dabei an einer Wand abgestützt sein, die in Querrichtung zu der Längsträgeranordnung verläuft. Ebenso kann die hintere Stirnseite des ersten Längsträgerelements an einer Wand des Verbindungselements abgestützt sein, die in Querrichtung zu der Längsrichtung der Längsträgeranordnung verläuft.
Bevorzugt weist das Verbindungselement eine Wand auf, die sich quer zu der Längsrichtung der Längsträgeranordnung erstreckt, an deren Vorderseite die hintere Stirnseite des ersten Längsträgereiements abgestützt ist und an deren Hinterseite die vordere Stirnseite des zweiten Längsträgerelements abgestützt ist.
Durch die Abstützung des Verbindungselements bzw. der Wand des
Verbindungselements an dem zweiten Längsträgerelement kann wirkungsvoll eine Kraftübertragung in Längsrichtung der Längsträgeranordnung auf das zweite Längsträgerelement erfolgen. Durch die Abstützung des ersten
Längsträgerelements an dem Verbindungselement, insbesondere an einer Wand des Verbindungselements, kann vorteilhaft eine Kraft in Längsrichtung von dem ersten Längsträgerelement auf das Verbindungselement und von dem
Verbindungselement auf das zweite Längsträgerelement übertragen werden.
Alternativ kann das Verbindungselement auch ohne Stirnwand ausgebildet sein, wobei das erste Längsträgerelement und/oder das zweite Längsträgerelement über eine auf Schub belastbare Verbindung, beispielsweise über eine Klebeverbindung und/oder über eine Schraub- bzw. Nietverbindung, mit dem Verbindungselement verbunden sein kann.
Das Verbindungselement kann aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein. Alternativ kann das Verbindungselement auch aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet sein. Im Falle, dass das Verbindungselement aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist, ist ein Stahl- oder Aluminiumwerkstoff bevorzugt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Verbindungselement einen ersten Hülsenabschnitt auf, der ein hinteres Ende des ersten Längsträgerelements umfasst bzw. umgreift. Mit anderen Worten ist das hintere Ende des ersten
Längsträgerelements in dem ersten Hülsenabschnitt aufgenommen bzw. in diesen eingeschoben. Alternativ oder zusätzlich weist das Verbindungselement einen ersten Vorsprungsabschnitt auf, der von dem hinteren Ende des ersten Längsträgerelements umfasst bzw. umgriffen ist. Mit anderen Worten ist der Vorsprungsabschnitt in das hintere Ende des ersten Längsträgerelements eingeschoben bzw. von dem hinteren Ende des ersten Längsträgerelements aufgenommen.
Eine derartige Verbindung bzw. Ausgestaltung des Verbindungselements ermöglicht eine sichere und feste Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem ersten Längsträgerelement, wobei diese auch Querkräfte aufnehmen kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Verbindungselement einen zweiten Hülsenabschnitt auf, der ein hinteres Ende des zweiten
Längsträgerelements umgreift bzw. umfasst. Mit anderen Worten ist das hintere Ende des zweiten Längsträgerelements in dem zweiten Hülsenabschnitt
aufgenommen und in diesen eingeschoben. Alternativ oder zusätzlich weist das Verbindungselement einen zweiten Vorsprungsabschnitt auf, der von einem hinteren Ende des zweiten Längsträgerelements umfasst bzw. umgriffen ist. Der zweite Vorsprungsabschnitt ist damit in dem vorderen Ende des zweiten
Längsträgerelements aufgenommen bzw. in dieses eingeschoben.
Hierdurch ist eine feste Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem zweiten Längsträgerelement geschaffen, die Querkräfte aufnehmen kann.
Insgesamt kann das Verbindungselement damit eine sichere Verbindung, die auch Querkräfte aufnehmen kann, zwischen dem ersten Längsträgerelement und dem zweiten Längsträgerelement ermöglichen.
Das erste Längsträgerelement weist bevorzugt einen geschlossenen Querschnitt auf und ist damit als Hohlträger ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich weist das zweite Längsträgerelement einen geschlossenen Querschnitt auf und ist damit als Hohlträger ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Karosserie eines
Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Längsträgeranordnung, wobei die
Längsträgeranordnung in einem Vorderwagen oder einem Hinterwagen des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist und ein Stoßfängerquerträger mittelbar oder unmittelbar an der Längsträgeranordnung befestigt ist.
Das erste Längsträgerelement und/oder das zweite Längsträgerelement bestehen bevorzugt aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff mit Kohlenstofffasern. Der Faserkunststoffverbundwerkstoff kann jedoch auch zusätzlich oder alternativ andere Fasern, wie beispielsweise Glasfasern oder Aramidfasern, enthalten. Es sind jegliche in einem Karosseriebau sinnvoll einsetzbare Fasern denkbar.
Die Fasern des Faserkunststoffverbundwerkstoffs können dabei insbesondere bevorzugt als Endlosfasern in dem Faserkunststoffverbundwerkstoff vorliegen, da Endlosfasern eine besonders hohe Festigkeit des Faserkunststoffverbundwerkstoffs ermöglichen.
Vorstehend aufgeführte Weiterbildungen der Erfindung können beliebig miteinander soweit sinnvoll und möglich kombiniert werden.
Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figuren.
Fig. 1 ist eine schematische geschnittene Seitenansicht einer
Längsträgeranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftverlaufs F über eine
Versagensstrecke x bei einem Versagen der Längsträgeranordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung infolge einer
Kollision.
Nachstehend erfolgt eine detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbetspiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren 1 und 2.
Eine Längsträgeranordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein erstes Längsträgerelement 3 und ein zweites
Längsträgerelement 5 auf, die aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen. Das erste Längsträgerelement 3 und das zweite Längsträgerelement 5 sind mittels eines Verbindungselements 7 verbunden. Eine vordere Stirnseite des ersten
Längsträgerelements 3 ist mitteis einer Phase 31 getriggert. Das erste
Längsträgerelement 3 ist in einem ersten Hülsenabschnitt 73 des
Verbindungselements 7 aufgenommen. Eine Stirnseite 33 eines hinteren Endes des ersten Längsträgerelements 3 ist an einer Wand 71 des Verbindungselements 7 abgestützt. Ein vorderes Ende des zweiten Längsträgerelements 5 ist in einem zweiten Hülsenabschnitt 75 des Verbindungselements 7 aufgenommen, wobei sich die Wand 71 an einer vorderen Stirnseite 53 des zweiten Längsträgerelements 5 abstützt. Das Verbindungselement 7 ist beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet, wobei das hintere Ende des ersten Längsträgerelements 3 und das vordere Ende des zweiten Längsträgerelements 5 mit dem ersten Hülsenabschnitt 73 bzw. dem zweiten Hülsenabschnitt 75 des Verbindungselements 7 verbunden sind.
Die Längsträgeranordnung 1 ist Bestandteil einer Karosserie eines
Personenkraftfahrzeugs und ist insbesondere ein vorderer Längsträger oder ein hinterer Längsträger der Karosserie. Im Falle eines Personenkraftfahrzeugs mit Frontmotor kann die Längsträgeranordnung ein Motorträger sein. Die
Längsträgeranordnung kann sich im Wesentlich über eine gesamte Länge eines Hinterwagens bzw. eines Vorderwagens des Kraftfahrzeugs erstrecken und ist struktureller Bestandteil einer sogenannten Crashstruktur des
Personenkraftfahrzeugs, die im Falle einer Frontalkollision bzw. einer Heckkollision des Kraftfahrzeugs über eine Versagensstrecke fortschreitend Kollisionsenergie absorbierend versagt. Die Karosserie des Kraftfahrzeugs kann dabei eine linke Längsträgeranordnung und eine rechte Längsträgeranordnung aufweisen, an der mittelbar oder unmittelbar ein Stoßfängerquerträger angebracht ist. Die
Längsträgeranordnung 1 kann damit Bestandteil eines Hauptlastpfades im Falle einer Frontalkollision bzw. einer Heckkollision des Personenkraftfahrzeugs sein, der sich von einem Stoßfängerquerträger bis zu einer Fahrgastzelle erstreckt.
Die Längsträgeranordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispie! der vorliegenden Erfindung besteht aus einem mit Kohlenstofffaser verstärktem Kunststoff d.h. einem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff. Das erste Längsträgerelement 3 und das zweite Längsträgerelement 5 sind jeweils Hohlträger mit beispielsweise einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt. Insbesondere sind ein Versagensabschnitt des ersten Längsträgerelements 3 und ein Versagensabschnitt des zweiten Längsträgerelements 5 von gleicher
Querschnittsform, gleicher Wandstärke sowie aus einem gleichen Werkstoff ausgebildet. Das erste Längsträgerelement 3 und das zweite Längsträgerelement 5 - d.h. zumindest ihre Versagensabschnitte - unterscheiden sich gegebenenfalls durch eine Länge und die Triggerung des ersten Längsträgerelements 3, die bei dem zweiten Längsträgerelement 5 nicht vorhanden ist oder schwächer ausgeführt ist.
Im Falle einer Frontalkollision oder einer Heckkollision des Kraftfahrzeugs erfolgt eine Einleitung einer Last über den Stoßfängerquerträger in das vordere Ende des ersten Längsträgerelements 3, das wie vorstehend bereits erläutert ist, getriggert ist, so dass dieses zu versagen beginnt. Das erste Längsträgerelement 3 versagt kleinteilig spröde durch den Versagensmechanismus„crushing" fortschreitend, bis eine Versagensstrecke von x1 bis x2 (siehe Figur 2) des ersten
Längsträgerelements 3 aufgebraucht ist.
Figur 2 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftverlaufs F über eine
Versagensstrecke x bei einem Versagen der Längsträgeranordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung infolge einer Kollision. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist ein Anfangsversagenskraftniveau F1 des ersten
Längsträgerelements 3 durch die Triggerung gering bzw. genauso hoch wie ein Kraftniveau in einem weiteren Versagensverlauf. Das Anfangsversagenskraftniveau F1 und der weitere Kraftverlauf F1 ' sind geringer als ein
Anfangsversagenskraftniveau F2 des zweiten Längsträgerelements 5. Daher versagt das erste Längsträgerelement 3 zunächst vollständig über seine gesamte Versagensstrecke x1 bis x2, bis das Energieabsorptionspotential des ersten
Längsträgerelements 3 aufgebraucht ist und damit eine Last durch die Kollision auf das Anfangsversagenskraftniveau F2 des zweiten Längsträgerelements 5 ansteigen kann und dazu führt, dass auch das zweite Längsträgerelement 5 zu versagen beginnt. Da das zweite Längsträgerelement 5 ebenso wie das erste Längsträgerelement 3 gestaltet ist, versagt das zweite Längsträgerelement 5 in einem weiteren Verlauf im Wesentlichen auf einem Kraftniveau F2\ das ungefähr dem Kraftniveau F1 ' entspricht.
Alternativ zu dem Ausführungsbeispiel kann das Anfangsversagenskraftniveau F1 des ersten Längsträgerelements 3 auch etwas größer als der weitere
Kraftniveauverlauf FY gewählt sein, solange das Anfangsversangskraftniveau F1 des ersten Längsträgerelements 3 hinreichend kleiner als das
Anfangsversagenskraftniveau F2 des zweiten Längsträgerelements 5 ist. Ebenso ist es möglich, dass das erste Längsträgerelement 3 und das zweite
Längsträgerelement 5 in ihrer Querschnittsform bzw. Wandstärke bzw.
Werkstoffzusammensetzung unterschiedlich ausgeführt sind, so dass sich auch die Kraftniveau Verläufe FT voneinander F2V unterscheiden können.

Claims

Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs und Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Längsträgeranordnung
Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, wobei die Längsträgeranordnung (1 ) derart ausgebildet ist, dass sie im Falle einer Kollision des Kraftfahrzeugs Kollisionsenergie absorbierend fortschreitend versagt, mit einem ersten Längsträgerelement (3), das aus einem
Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, und einem zweiten
Längsträgerelement (5), das aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist und hinter dem ersten Längsträgerelement (3) angeordnet ist, wobei das erste Längsträgerelement (3) und das zweite Längsträgerelement (5) mittels eines Verbindungselements (7) miteinander verbunden sind, und wobei die
Längsträgeranordnung (1 ) derart ausgebildet ist, dass im Fall der Kollision des Kraftfahrzeugs das zweite Längsträgerelement (5) beginnt zu versagen, nachdem das erste Längsträgerelement (7) versagt hat.
Längsträgeranordnung nach Patentanspruch 1 , wobei das erste
Längsträgerelement (3) eine Triggerung (31 ) aufweist, die ein
Anfangsversagenskraftniveau (F1 ) des ersten Längsträgerelements (3) reduziert, so dass das Anfangsversagenskraftniveau (F1 ) des ersten
Längsträgerelements (3) kleiner als ein Anfangsversangskraftniveau
(F2) des zweiten Längsträgerelements (5) ist.
Längsträgeranordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei zumindest ein Verbindungsbereich des ersten Längsträgerelements
(3) und ein
Verbindungsbereich des zweiten Längsträgerelements (5) eine gleiche Querschnittsform und/oder eine gleiche Wandstärke und/oder eine gleiche Werkstoffzusammensetzung aufweisen.
4. Längsträgeranordnung nach Patentanspruch 3, wobei eine vorgegebene Versagensstrecke des ersten Längsträgerelements (3) und eine vorgegebene
Versagensstrecke des zweiten Längsträgerelements (5) eine gleiche
Querschnittsform und/oder eine gleiche Wandstärke und/oder eine gleiche Werkstoffzusammensetzung aufweisen.
5. Längsträgeranordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei das Verbindungselement (7) derart ausgebildet ist, dass es an einer vorderen Stirnseite (53) des zweiten Längsträgerelements (5) abgestützt ist, und wobei insbesondere zusätzlich die hintere Stirnseite (33) des ersten
Längsträgerelements (3) an dem Verbindungselement (7) abgestützt ist.
6. Längsträgeranordnung nach Patentanspruch 5, wobei das
Verbindungselement (7) eine Wand (71 ) aufweist, an deren Vorderseite die hintere Stirnseite (33) des ersten Längsträgerelements (3) abgestützt ist und/oder an deren Hinterseite die vordere Stirnseite (53) des zweiten
Längsträgerelements (5) abgestützt ist.
7. Längsträgeranordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei das Verbindungselement einen ersten Hülsenabschnitt (73) aufweist, der ein hinteres Ende des ersten Längsträgerelements (3) umgreift, und/oder einen ersten Vorsprungsabschnitt aufweist, der von dem hinteren Ende des ersten Längsträgerelements umfasst/umgriffen ist.
8. Längsträgeranordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, wobei das Verbindungselement (7) einen zweiten Hülsenabschnitt (75) aufweist, der ein hinteres Ende des zweiten Längsträgerelements (5) umgreift, und/oder einen zweiten Vorsprungsabschnitt aufweist, der von dem vorderen Ende des zweiten Längsträgerelements umfasst umgriffen ist.
9. Längsträgeranordnung nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, wobei das erste Längsträgerelement (3) einen geschlossenen Querschnitt aufweist und/oder wobei das zweite Längsträgerelement (3) einen geschlossenen Querschnitt aufweist.
10. Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer Längsträgeranordnung (1 ) nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, wobei die Längsträgeranordnung (1 ) in einem Vorderwagen oder einem Hinterwagen des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist und ein Stoßfängerquerträger mittelbar oder unmittelbar an der
Längsträgeranordnung (1 ) befestigt ist.
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