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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorbaustruktur für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für Personenkraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Gattungsgemäße Vorbaustrukturen, insbesondere für PKW, sind bekannt. Die konstruktive Auslegung der Vorbauten berücksichtigt bestmöglich auch den Fußgängerschutz bei entsprechenden Kollisionen, indem man die relevanten Bereiche möglichst „weich” gestaltet, wobei andererseits die Crashsicherheit insgesamt ebenfalls gegeben sein muss. Ein kritischer Bereich im Fußgängerschutz betrifft den möglichen Kopfaufprall im Übergangsbereich von der Fronthaube des Vorbaus in die Windschutzscheibe (Scheibenwischerbereich), so dass u. a. der hier verdeckt liegende Windschutzscheiben-Querträger entsprechend auszulegen ist. Die Berechnungskriterien stellen in der Regel einen Kompromiss dar zwischen der Gesamtfestigkeit des Vorbaus, zu der der Querträger mit beiträgt, einer schwingungsresistenten Gestaltung und trotzdem einer gezielten Nachgiebigkeit bei von schräg vorne oben auftretenden Aufprallkräften in einem Kollisionsfall, insbesondere einem Kopfaufprall eines Fußgängers.
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Aus der
DE 10 2004 037 206 A1 ist bekannt, dass Einzelelemente, insbesondere Hohlprofile, einer Karosserie für ein Kraftfahrzeug aus flexibel gewalztem Blech mit längs einer Längserstreckung variabler Blechdicke gefügt sind. Hierbei werden Tailored-Rolled-Blanks verwendet. Die einteiligen Einzelelemente können als Cockpit-Querträger, Stirnwandquerträger und/oder andere Quer- und Längsträger ausgebildet sein. Aus der
EP 1 481 743 A2 ist ein Profilelement aus flexibel gewalztem Bandmaterial (Tailored-Rolled-Blank) bekannt, das in seiner Längserstreckung variable Wandstärken aufweist. Das einteilige Profilelement kann als Fahrzeugquerträger, insbesondere als Stoßfänger-, Achs-, Dach- oder Sitzquerträger eingesetzt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorbaustruktur mit einem Windschutzscheiben-Querträger vorzuschlagen, die bei einer fertigungstechnisch besonders vorteilhaften Konstruktion einen weiter verbesserten Fußgängerschutz ermöglicht.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angeführt. Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der Querträger aus einer Tailored-Blank-Platine (Blechzuschnitt) hergestellt ist und im mittleren Bereich eine geringere Steifigkeit gegen schräg von vorne oben gerichtete Aufprallkräfte als in den Seitenbereichen aufweist. Die Tailored-Blank-Platine ist bereits gezielt so gefertigt, dass sie nach ihrer Umformung zum einbaufertigen Querträger in ihren Festigkeitseigenschaften verbessert auf die geforderte Verformungsfestigkeit bzw. Nachgiebigkeit ausgelegt ist bzw. in ihrem mittleren Bereich gegen Aufprallkräfte nachgiebiger als in ihren Seitenbereichen ist. Damit tragen die Seitenbereiche des Querträgers zur Gesamtcrashsicherheit des Vorbaus unverändert bei, während die mittleren Bereiche vermehrt dem Fußgängerschutz dienen. Durch die Vorbestimmung dieser Funktion des Querträgers bereits in der Herstellung der Platine können die Fertigungskosten, der Montageaufwand (zum Beispiel gegenüber einem mehrteiligen Querträger) und das Gewicht des Querträgers vermindert werden.
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Die Platine des Querträgers kann aus einem Tailored-Rolled-Blankoder einem Tailored-Welded-Blank mit unterschiedlichen Materialstärken und/oder Festigkeitswerten hergestellt sein. Bei diesen Verfahren werden die Bleche zum Beispiel mit gezielt unterschiedlichen Materialstärken gewalzt und/oder gehärtet und somit gegebenenfalls unter Vermeidung von Festigkeitssprüngen auf die unterschiedlichen Festigkeitswerte eingestellt. Bei Tailored-Welded-Blanks werden die Platinen aus gezielt unterschiedlichen Materialstärken und/oder Festigkeitswerten (Werkstoffzusammensetzungen) entsprechend zusammengeschweißt.
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Bevorzugt können der widerstandsgeringere, mittlere Bereich des Querträgers ca. 2/3 der Querträgerlänge und die Seitenbereiche größeren Widerstandsmoments zusammen ca. 1/3 der Querträgerlänge betragen, um dadurch einen gleichmäßigen Spannungsabbau bzw. ein günstiges Übergangsverhalten von den festeren Seitenbereichen an den A-Säulen der Karosserie zu dem mittleren, nachgiebigeren Bereich des Querträgers zu erreichen.
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Dabei können bei unterschiedlichen Materialstärken der Bereiche des Querträgers die Materialstärke des mittleren Bereichs um ca. 20% bis 50% gegenüber den Seitenbereichen vermindert sein; insbesondere können der mittlere Bereich des Querträgers eine Materialstärke von ca. 0,5 mm und die Seitenbereiche eine Materialstärke von ca. 0,8 mm aufweisen, um bei einem zufriedenstellenden Verformungsverhalten des Querträgers eine gewichtsgünstige Konstruktion zu schaffen.
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Des Weiteren kann in dem mittleren Bereich des Querträgers in dessen etwa horizontal verlaufendem Trägerblech zumindest eine in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Sicke eingeformt sein, die eine nur geringfügige Aussteifung des Querträgers bewirkt, insbesondere aber dazu dient, Blechfeldschwingungen durch im Betrieb des Kraftfahrzeuges auftretende Anregungen (zum Beispiel Aggregateschwingungen, Fahrbahnunebenheiten, etc.) auszuschließen. Gegebenenfalls kann es zur Erzielung dieser schwingungsvermeidenden Funktion angezeigt sein, in das Trägerblech mehrere, in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtete Sicken mit dazwischen liegenden, flächigen Abständen vorzusehen.
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Dazu kann es ferner von Vorteil sein, wenn zwischen dem unterhalb des Querträgers positionierten Wasserkasten und dem mittleren Bereich des Querträgers bzw. dessen Trägerblechs zumindest eine Stütze vorgesehen ist, die Aufprallkräften von schräg vorne oben nur ein geringes Widerstandsmoment entgegensetzt, ebenfalls aber einer gegebenenfalls auftretenden Schwingungsanregung oder Resonanzschwingung am Querträger entgegenwirkt.
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Schließlich kann zwischen dem unterhalb des Querträgers positionierten Wasserkasten und dem mittleren Bereich des Querträgers bzw. dessen Trägerblechs zumindest ein Halter für ein funktionales Anbauteil des Kraftfahrzeuges (zum Beispiel einer elektrischen Scheibenwischanlage) vorgesehen sein, der bei Aufprallkräften von schräg vorne oben ebenfalls nur ein geringes Widerstandsmoment ausübt, also ebenfalls keine wesentliche Versteifung des Querträgers gegen gegebenenfalls auftretende Aufprallkräfte von schräg vorne oben bewirkt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht von schräg vorne auf eine Vorbaustruktur eines Personenkraftfahrzeuges mit einem zwei Innenbleche von A-Säulen verbindenden Windschutzscheiben-Querträger, der zudem mit der Rückwand eines quer verlaufenden Wasserkastens fest verbunden ist, an den unten die den Innenraum des Kraftfahrzeuges von dem davor liegenden Motorraum trennende Spritzwand angeschlossen ist;
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2 eine Ansicht entlang einer Schnittebene X der 1 von schräg seitlich vorne auf den Querträger mit aufgesetzter Windschutzscheibe und darunter liegendem Wasserkasten;
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3 eine im Wesentlichen gleiche Ansicht auf den Querträger und den Wasserkasten, jedoch ohne Windschutzscheibe, entlang einer Schnittebene Y der 1;
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4 eine teilweise Darstellung nur des Querträgers des Vorbaus nach den 1 bis 3;
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5 einen Schnitt entlang der Linie V-V der 4 durch den Querträger im mittleren Bereich geringerer Materialstärke; und
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6 einen weiteren Schnitt gemäß Linie VI-VI der 4 durch den Querträger in dem einen Seitenbereich größerer Materialstärke.
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Die 1 zeigt einen Abschnitt einer Vorbaustruktur 1 für ein Personenkraftfahrzeug im Bereich eines Windschutzscheiben-Querträgers 2, der seitlich an Innenblechen 3 von nicht weiter dargestellten A-Säulen der Karosserie des PKW bzw. des Vorbaus 1 angeschweißt ist und der nach vorne einen tiefer liegenden, ebenfalls quer verlaufenden und im Querschnitt U-förmigen Wasserkasten 4 überspannt.
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Der Wasserkasten 4 ist ebenfalls seitlich mit den Innenblechen 3 und zugleich mit nach vorne anschließenden, seitlichen Radhausblechen 5, 6 verschweißt. An den Wasserkasten 4 schließt nach unten ein den Motorraum vom Fahrzeuginnenraum trennendes Spritzblech 7 an. Die unteren, tragenden Längsträger 8, 9 der Vorbaustruktur 1 sind nur andeutungsweise ersichtlich.
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Die Vorbaustruktur 1 kann soweit nicht dargestellt und beschrieben üblicher, bekannter Konstruktion sein.
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Der oberhalb des Wasserkastens 4 positionierte Querträger 2 weist einen um 90 Grad abgewinkelten Randflansch 10 (2 und 3) auf, über den er mit einer Rückwand 4a des wannenförmigen Wasserkastens 4 verschweißt ist.
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Der Querträger 2 (vgl. zunächst die 4 bis 6) weist ein an den Randflansch 10 anschließendes, etwa horizontal verlaufendes Trägerblech 11 auf, das nach vorne in einen V-förmig abgeknickten Abschnitt 12 übergeht. Der vordere Schenkel 12a des Abschnitts 12 bildet die untere, quer verlaufende Auflagefläche für die in 2 teilweise eingezeichnete Windschutzscheibe 13.
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Der Querträger 2 ist aus einer Tailored-Rolled-BlankPlatine (Blechzuschnitt) in einem anschließenden Pressvorgang (nicht dargestellt) mit unterschiedlicher Wandstärke t hergestellt, wobei der mittlere Bereich 2a über ca. 2/3 der Querträgerlänge l1 mit einer Wandstärke t1 = 0,5 mm (5) und die Seitenbereiche 2b über je ca. 1/6 der Querträgerlänge l2 mit einer eine höhere Verformungsfestigkeit aufweisenden Materialstärke t2 = 0,8 mm (6) ausgeführt sind.
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Die Materialstärken t sind in den 5 und 6 zur besseren Unterscheidung nicht maßstäblich gezeichnet.
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Die unterschiedlichen Wandstärken t der Tailored-Rolled-BlankPlatine sind zur Vermeidung von Festigkeitssprüngen mit Übergansbereichen (nicht dargestellt) gewalzt und werden so zu dem Querträger 2 umgeformt. Die Platinen können dabei gegebenenfalls durch gesteuerte Abkühlung auch unterschiedlich gehärtet sein. Eine derartige Härtung kann jedoch in an sich bekannter Weise auch bei der Umformung in einer entsprechend temperaturgesteuerten Tiefziehpresse erfolgen.
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Anstelle einer Tailored-Rolled-BlankPlatine kann auch eine Platine eingesetzt sein, die als Tailored-Welded-Blank hergestellt ist, bei der Bleche mit unterschiedlichen Materialstärken t und/oder unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften bzw. Zusammensetzungen stoffschlüssig verschweißt werden (zum Beispiel durch MIG Schweißen oder Laserschweißen).
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In den Querträger 2 bzw. in dessen Trägerblech 11 (vgl. insbesondere 4) sind zu dessen flächiger Aussteifung bzw. Vermeidung von Schwingungen (Blechfeldschwingungen) im mittleren Bereich 2a voneinander beabstandete, quer verlaufende Sicken 14 eingeformt.
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Weitere in Querrichtung ausgerichtete Sicken 14 können wie aus 3 ersichtlich ist an dem Schenkel 12a zur Aussteifung des vorderen Randbereichs des Querträgers 2 bzw. des Trägerblechs 11, 12 vorgesehen sein.
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Wie insbesondere aus den 1 bis 3 ersichtlich ist, sind ferner im mittleren Bereich 2a zwischen dem Querträger 2 und dem darunter positionierten Wasserkasten 4 eine Stütze 15 und ein Halter 16 angeordnet.
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Die leicht schräg von vorne nach hinten oben geneigte Stütze 15 aus einem im Querschnitt U-förmig ausgeführten Blechformteil weist zwei abgewinkelte Haltelaschen 15a auf, mittels denen sie mit dem Schenkel 12a des Querträgers 2 (2) und einer Zwischenwand 4b des Wasserkastens 4 verschweißt ist.
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Die Stütze 15 ist so angeordnet und konstruiert, dass sie bei einer von schräg vorne oben (etwa senkrecht auf die Windschutzscheibe 13) gerichteter Aufprallkraft nur ein geringes Widerstandsmoment ausübt, aber im regulären Fahrbetrieb den Querträger 2 und die daran abgestützte Windschutzscheibe 13 schwingungsresistent aussteift.
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Der wie insbesondere aus 3 ersichtliche Halter 16 ist ebenfalls aus einem im Querschnitt U-förmigen Blechformteil mit in Seitenansicht Z-förmiger Gestaltung hergestellt und an der Zwischenwand 4b des Wasserkastens 4 einerseits und dem Schenkel 12a des Querträgers 2 andererseits angeschweißt. Der mittlere, im Wesentlichen horizontal verlaufende Abschnitt 16a dient dabei zur Befestigung und Aufnahme eines Anbauteils bzw. einer nicht dargestellten, elektrischen Scheibenwischeranlage des PKWs. Es versteht sich, dass der Halter 16 in begrenztem Umfang ebenfalls zur Aussteifung des Querträgers 2 mit beiträgt.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und kann im Rahmen der Patentansprüche auch mit Modifikationen in der Gestaltung der Blechformteile, der Stützen und/oder Halter, etc. ausgeführt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorbaustruktur
- 2
- Querträger
- 2a
- mittlerer Bereich
- 2b
- Seitenbereiche
- 3
- Innenbleche A-Säulen
- 4
- Wasserkasten
- 4a
- Rückwand
- 4b
- Zwischenwand
- 5
- Radhausblech
- 6
- Radhausblech
- 7
- Spritzblech
- 8
- Längsträger
- 9
- Längsträger
- 10
- Randflansch
- 11
- Trägerblech
- 12
- V-förmiger Abschnitt
- 12a
- Schenkel
- 13
- Windschutzscheibe
- 14
- Sicken
- 15
- Stütze
- 15a
- Haltelaschen
- 16
- Halter
- 16a
- mittlerer Abschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004037206 A1 [0003]
- EP 1481743 A2 [0003]
