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Die Erfindung betrifft einen Trägerverbund für ein Kraftfahrzeug, mit einem Längsträger, einem Querträger und einem Deformationselement zwischen dem Längsträger und dem Querträger.
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Die
DE 197 32 064 A1 beschreibt einen gattungsgemäßen Trägerverbund für ein Kraftfahrzeug mit einem Deformationselement, welches zwischen einem Längsträger und einem Querträger angeordnet ist. Das Deformationselement umfasst eine an den Längsträger angebundene Basisplatte und eine an dem Querträger anliegende, in Bezug auf die Basisplatte leicht schräg verlaufende Frontplatte. Eine Verbindungsrippe erstreckt sich von der Basisplatte hin zu einer von der Frontplatte und einer Seitenwand gebildeten Ecke. Mehrere Stützrippen stützen sich an der Verbindungsrippe ab und erstrecken sich in Richtung Fahrzeugaußenseite bis zur Frontplatte. Trifft das Fahrzeug auf ein in Verlängerung des Längsträgers angeordnetes Hindernis auf, so kippt die Verbindungsrippe zur Fahrzeuginnenseite hin weg, und die Stützrippen werden in Richtung der Fahrzeuglängsachse ausgerichtet.
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Die
DE 198 09 112 A1 beschreibt ein Fahrzeug, dessen Stoßstange über zwei Deformationselemente an jeweiligen Fahrzeuglängsträgern festgelegt ist. Jedes Deformationselement ist durch Innenstege in längslaufende Profilkammern unterteilt. Eine angeschrägte Stirnfläche des Deformationselements liegt an einem Innengurt der Stoßstange an. Bei einem Frontalaufprall wird die Stoßstange zunächst geradeaus gerichtet, wobei sich der Innengurt von der angeschrägten Stirnseite des Deformationselements abhebt. Anschließend wird zunächst der eine Schräge aufweisende Bereich des Deformationselements und anschließend der restliche Teil des Deformationselements verformt.
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Die
WO 2009/037 787 A1 zeigt ein Deformationselement, welches zwischen einem Längsträger und einem Querträger angeordnet ist, wobei an dem Querträger eine Frontplatte des Deformationselements anliegt, welche über ein schmaleres, massives Zwischenstück mit einem drei Kammern aufweisenden Bereich des Deformationselements verbunden ist. Bei einem Frontalaufprall können sich zwei an dem Querträger anliegenden Schenkel der Frontplatte gegenüber dem Zwischenstück verbiegen.
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US 2009/0 079 210 A1 beschreibt ein Deformationselement, über welches ein Querträger an einen Längsträger eines Fahrzeugs angebunden ist. Das Deformationselement umfasst einen fahrzeuginnenseitigen Flanschbereich und einen fahrzeugaußenseitigen Flanschbereich, welche jeweils an dem Querträger anliegen. Das Deformationselement hat hierbei im Wesentlichen eine hutartige, zum Querträger hin offene Form.
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DE 10 2004 037 769 A1 beschreibt ein als Crashbox bezeichnetes Deformationselement, welches im Wesentlichen kastenförmig ist. Eine obere Seitenwand und eine untere Seitenwand der kastenförmigen Crashbox sind hierbei gewellt und die übrigen Seitenwände gerade ausgebildet. Über eine Grundplatte, mit welcher die eine kastenförmige Struktur bildenden Seitenwände verschweißt sind, ist die Crashbox an einen Längsträger angebunden. Ein Stoßstangenmodul ist an der Crashbox befestigt, und zwar an ihrer der Grundplatte gegenüberliegenden Seite über eine Bolzen-Mutter-Verbindung. Bei einem Aufprall, Welcher das Stoßstangenmodul zu dem Längsträger hin bewegt, wirken die gewellten Seitenwände der kastenförmigen Struktur als Anfalthilfen.
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Bei einem derartigen Trägerverbund kann es bei einem Zusammenprall des Querträgers mit einem Hindernis zu einem Einriss oder Abtrennen des Querträgers oder zu einem Loslösen des Querträgers von dem Deformationselement kommen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Trägerverbund der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher verbesserte Crasheigenschaften aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Trägerverbund mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Trägerverbund weist das Deformationselement einen an dem Querträger anliegenden fahrzeuginnenseitigen Bereich auf, der gegenüber dem restlichen Teil des Deformationselements biegbar ist. Die Fahrzeuginnenseite bezieht sich hierbei auf die Einbaulage des Trägerverbunds in dem Kraftfahrzeug, und ist die der Fahrzeugaußenseite entgegengesetzte Seite des Trägerverbunds.
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Eine im Vergleich zum restlichen Teil des Deformationselements große Duktilität ist dem biegbaren Bereich des Deformationselements dadurch verliehen, dass das Deformationselement als Profilteil mit einem geschlossenen, wenigstens zwei Kammern bildenden Querschnitt ausgebildet ist, wobei eine erste Kammer den biegbaren Bereich bildet und eine geringere Wandstärke aufweist als wenigstens eine weitere Kammer.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Aufprall des Querträgers auf ein Hindernis, welches gegenüber dem Deformationselement zur Fahrzeuginnenseite hin versetzt ist, der Querträger bestrebt ist, sich um den fahrzeuginnenseitigen Rand des Deformationselements zu drehen. Durch das Vorsehen des biegbaren Bereichs an dem Deformationselement erfolgt die Drehung des Querträgers nicht um eine scharfe Kante, sondern der Querträger wird um den biegbaren, sich verformenden Bereich des Deformationselements umgelenkt. Der biegbare Bereich dient also als großflächiges Scharnier für die Drehbewegung des Querträgers und ist in der Lage, der Drehung zu folgen ohne zu brechen.
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Dadurch ist verhindert, dass sich der Querträger beim Aufprall auf das in Bezug auf das Deformationselement zur Fahrzeuginnenseite versetzte Hindernis von dem Deformationselement ablöst. Da eine lokale Belastung des Querträgers abgefangen und auf einen größeren Bereich verteilt wird, bleibt bei dem Aufprall die Strukturintegrität des Trägerverbunds gewahrt. Der Trägerverbund weist also verbesserte Crasheigenschaften auf.
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Der Querträger kann dadurch vergleichsweise dünnwandig ausgeführt sein, was zu einem geringen Gewicht und zu geringen Kosten des Trägerverbunds und somit des Kraftfahrzeugs beiträgt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der biegbare Bereich des Deformationselements an seinem dem Längsträger fernen Rand mit dem Querträger verbunden. Die Verbindung kann hierbei insbesondere über eine Schweißverbindung erfolgen. Die Verbindungsstelle ist so zur Fahrzeuginnenseite hin von der Drehachse des als Scharnier wirkenden Deformationselements entfernt angeordnet. Bei der Drehung des Querträgers um die Drehachse herrscht an der Verbindungsstelle eine lediglich geringe Belastung. Das Deformationselement kann zusätzlich an weiteren Stellen, etwa an einem oberseitigen Rand und/oder einem unterseitigen Rand und/oder einem fahrzeugaußenseitigen Rand, mit dem Querträger verbunden sein. Es kann jedoch auch einzig die Verbindung an dem Rand vorgesehen sein, welcher dem Längsträger fern angeordnet ist.
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Insbesondere beim Vorsehen der Schweißverbindung ist es vorteilhaft, diese an dem Rand des biegbaren Bereichs anzuordnen, da das Verschweißen des Deformationselements mit dem Querträger die Sprödigkeit im Bereich der Schweißnaht erhöht. Hier ist dann das räumliche Trennen von Drehachse und Verbindungsstelle besonders günstig.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der biegbare Bereich des Deformationselements eine größere Duktilität aufweist als der restliche Teil des Deformationselements. Gerade für den biegbaren Bereich ist es nämlich vorteilhaft, wenn er sich bei Überlastung stark plastisch verformen kann, bevor er versagt. Der biegsame Bereich kann so nämlich besonders gut die Belastung des Querträgers auf einen großen Bereich verteilen.
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Eine im Vergleich zum restlichen Teil des Deformationselements große Duktilität kann dem biegbaren Bereich des Deformationselements besonders einfach dadurch verliehen werden, dass das Deformationselement als stranggepresstes Profilteil ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Trägerverbund. Hierbei kann der Trägerverbund an einem Vorderwagen und/oder an einem Hinterwagen des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Die für den erfindungsgemäßen Trägerverbund beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten. der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 perspektivisch und ausschnittsweise einen für das Verständnis der in
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2 gezeigten Erfindung hilfreichen Trägerverbund für ein Kraftfahrzeug, mit einem Längsträger und einem Querträger, wobei zwischen dem Längsträger und dem Querträger ein Deformationselement angeordnet ist; und
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2 in einer Draufsicht eine Ausführungsform eines durch einen Aufprall verformten Trägerverbunds mit einem Deformationselement.
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Ein Trägerverbund 10 für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Längsträger 12 und einen Querträger 14, wobei zwischen dem Längsträger 12 und dem Querträger 14 ein Deformationselement 16 angeordnet ist. Das Deformationselement 16 ist als stranggepresstes, aus einer Aluminiumlegierung gebildetes Profilteil ausgebildet. In dem Trägerverbund 10 ist das Deformationselement 16 so angeordnet, dass seine Extrusionsrichtung mit der Fahrzeughochrichtung Z zusammenfällt. Zur Aussteifung des Deformationselements 16 können, insbesondere in Bezug auf eine Fahrzeuglängsachse X schräg angeordnete, Verstärkungsrippen 18 im Inneren des Deformationselements 16 angeordnet sein.
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Eine an dem Querträger 14 anliegende Seitenwand 20 des Deformationselements 16 umfasst einen nach Art eines Flansches ausgebildeten Bereich 22, welcher in Richtung der Fahrzeugquerachse Y über eine fahrzeuginnenseitige Seitenwand 24 des Deformationselements 16 übersteht. Dieser an dem Querträger 14 anliegende fahrzeuginnenseitige Bereich 22 der (massiven) Seitenwand 20 ist gegenüber dem restlichen Teil des Deformationselements 16 biegbar ausgebildet.
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Ein Aufprall auf ein Hindernis, welches in Bezug auf den Längsträger 12 zur Fahrzeuginnenseite hin versetzt im Bereich des (nicht gezeigten) gegenüberliegenden Längsträgers angeordnet ist, wird auch als Offset-Barrieren-Crash bezeichnet. Trifft das den Trägerverbund 10 aufweisende Kraftfahrzeug mit dem Querträger 14 bei einem solchen Aufprall auf das Hindernis, so erfolgt eine Drehbeanspruchung des Querträgers 14 um eine Drehachse A. Bei einer daraus resultierenden Umlenkung des Querträgers 14 um die Drehachse A folgt der biegbare Bereich 22 der Seitenwand 20 dieser Drehung. Dies vermindert die lokale Belastung des Querträgers 14 im Bereich der Drehachse A.
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Die Seitenwand 20 ist mit dem Querträger 14 über eine Schweißnaht 26 verbunden, welche entlang eines dem Längsträger 12 fernen Rands des biegbaren Bereichs 22 verläuft. Dadurch dass die Schweißnaht 26 zur Fahrzeuginnenseite hin versetzt von der Drehachse A entfernt angeordnet ist, wirkt bei dem oben beschriebenen Aufprall die aus dem Umbiegen des Querträgers 14 um die Drehachse A resultierende Belastung nicht im Bereich der spröden Schweißnaht 26. Der Querträger 14 löst sich an der Schweißnaht 26 nicht von dem Deformationselement 16 ab, da der biegbare Bereich 22 in der Lage ist, der Drehung ohne Bruch mit zu folgen.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform eines Trägerverbunds 10' ist das zwischen dem Längsträger 12 und dem Querträger 14 angeordnete Deformationselement 16' ebenfalls als stranggepresstes, aus einer Aluminiumlegierung gebildetes Profilteil ausgebildet. Das Deformationselement 16' ist auch hier so angeordnet, dass in dem Trägerverbund 10' die Extrusionsrichtung des Deformationselements 16' mit der Fahrzeughochrichtung Z zusammenfällt.
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Das Deformationselement 16' weist einen geschlossenen Querschnitt mit vier Kammern 28, 30 auf, welche durch jeweilige Streben 32 voneinander abgegrenzt sind. Die am weitesten fahrzeuginnenseitig angeordnete Kammer 30 weist gegenüber den übrigen drei Kammern 28 eine geringere Wandstärke auf. Durch diese vergleichsweise weiche Ausbildung der Kammer 30 ist in dem Deformationselement 16' ein gegenüber den drei Kammern 28 biegbarer Bereich gebildet. Zudem wird die Biegbarkeit im Bereich der Kammer 30 dadurch erreicht, dass die Kammer 30 größtenteils zur Fahrzeuginnenseite hin über den an das Deformationselement 16' angebundenen Längsträger 12 übersteht.
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Der durch die Kammer 30 gebildete biegbare Bereich verteilt bei einer Beanspruchung des Querträgers 14 im Offset-Barrieren-Crash (vgl. 2) die Belastung des Querträgers 14 auf einen besonders großen Bereich. Durch das Vorsehen der Kammer 30 als biegbarem Bereich des Deformationselements 16' ist nämlich ein besonders großer Biegeradius des Querträgers 14 erreichbar.
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Dadurch dass keine lokal konzentrierte Belastung beim Umbiegen des Querträgers 14 um eine im Bereich der Kammer 30 angeordnete Drehachse erfolgt, kann ein Einreißen oder ein komplettes Abtrennen des Querträgers 14 verhindert werden. Durch die insgesamt harmonische Belastung des Querträgers 14 kann bei dem oben beschriebenen Aufprall eine Strukturintegrität des Trägerverbunds 10' auch ohne eine Aufdickung der Wandstärke des Querträgers 14 erreicht werden.
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Der Querträger 14 kann im nicht deformierten Zustand gebogen, also entgegen der Richtung der Fahrzeuglängsachse X konvex gewölbt (vgl. 1) oder als in Richtung der Fahrzeugquerachse Y im Wesentlichen gerader Querträger 14 ausgebildet sein (vgl. 2).
