DE102011051622B4

DE102011051622B4 - Verstärkungselement für eine Fahrzeugstruktur, insbesondere für einen Schweller eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011051622B4
Application number: DE102011051622.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias Herntier
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2011-07-07
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2031-07-08
Also published as: CN102862609B; US8366185B2; CN102862609A; DE102011051622A1; US20130009424A1

Abstract

Verstärkungselement für einen Schweller eines Kraftfahrzeugs, das als Zwei-Kammer-Profil ausgebildet ist und Profilteile umfasst, die miteinander verbunden sind und Hohlkammern bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (1) zwischen zwei Schwellerprofilen (5, 6) eingekapselt angeordnet ist und aus dem Zwei-Kammer-Profil mit einem inneren und einem äußeren Profilteil (3, 4) besteht, die in der Höhe versetzt zueinander angeordnet sind und jedes Profilteil (3 und 4) jeweils in einer gemeinsamen vertikalen Mittenebene x-x einen geraden Steg (9) aufweist, an den sich abgestellte Schenkel (17a, 18a) der Profilteile (3, 4) anschließen, die mit korrespondierenden Schenkeln (5a, 6a) der Schwellerprofile (5, 6) verbunden sind und in den Profilteilen (3, 4) in Querrichtung verlaufende Verstärkungsrohre (11, 12) angeordnet sind, welche die Hohlkammern (7, 8) in zueinander fluchtenden Öffnungen (14, 15, 16) durchdringen und mit den Profilteilen (3, 4) fest verbunden sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verstärkungselement für eine Fahrzeugstruktur, insbesondere für einen Schweller eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 033 971 A1 ist ein Verstärkungselement in einem Schweller eines Kraftfahrzeugs bekannt, welches aus zwei durch ein Rollformen von Metallblechen gebildeten Profilteilen besteht. Die Profilteile sind übereinander angeordnet und mittels abgestellter Stege miteinander sowie mit Schwellerprofilen verbunden. Die abgestellten Stege sind in verschiedenen vertikalen Ebenen angeordnet. Ferner ist aus der DE 100 03 878 B4 ein Verstärkungselement für einen Schweller eines Kraftfahrzeugs bekannt, das ein inneres Profilteil und zwei äußere Profilteile umfasst, die übereinander angeordnet sind und Hohlräume bilden. Das innere Profilteil ist H-förmig ausgeführt, wobei die beiden Schenkel des inneren Profilteils die Hohlkörper bilden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verstärkungselement für einen Schweller eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welches die Formsteifigkeit des Schwellers erhöht und ein Crashverhalten verbessert und welches ein geringes Gewicht aufweist und in einfacher Weise zu fertigen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, dass ein Verstärkungselement für einen Schweller eines Kraftfahrzeugs geschaffen wird, welches ein optimiertes Crashverhalten in Querrichtung des Fahrzeugs aufweist und eine Schwellerverstärkung in Längs- und Querrichtung des Fahrzeugs bewirkt. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem das Verstärkungselement zwischen zwei Schwellerprofilen eingekapselt angeordnet ist und aus einem nebeneinander liegend angeordneten S-förmigen Zwei-Kammer-Profil mit einem inneren und äußeren Profilteil besteht. Jedes Profilteil weist jeweils in einer gemeinsamen vertikalen Mittenebene einen geraden Steg auf, an die sich Schenkel der Profilteile anschließen, die endseitig mit abgestellten korrespondierenden Schenkeln der Schwellerprofile verbindbar sind. In Querrichtung zu den Profilteilen sind Verstärkungsrohre angeordnet, welche Hohlkammern der Profilteile in zueinander fluchtenden Öffnungen durchdringen und mit den Profilteilen fest verbunden sind.
Insbesondere sind nach der Erfindung in abwärts ausgerichteten Wandungen der Profilteile die fluchtenden Öffnungen vorgesehen, in denen zumindest im Bereich von Sitzquerträgern des Fahrzeugbodens die Verstärkungsrohre angeordnet sind, welche sich von der Außenwand des äußeren Profilteils bis zur Außenwand des inneren Profilteils erstrecken.
Ferner ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die fluchtenden Öffnungen über die Länge der Profilteile in Abstand zueinander angeordnet sind und schräg verlaufend unter einem Winkel α zu einer Horizontalen Ebene verlaufend ausgerichtet sind und die freien Rohrenden der Verstärkungsrohre mit den Wandungen der Profilteile vorstehend abschließen.
Durch die nebeneinander liegende Anordnung der zwei Profilteile mit den Hohlräumen und den die Hohlräume durchdringenden Verstärkungsrohren wird ein Hohlkammerträger zwischen den Schwellerprofilen erzielt, der eine optimale Verstärkung des Schwellers und somit der Fahrzeugstruktur als auch ein verbessertes Crashverhalten bei einem Seitencrash bewirkt.
Die Verbindung der Verstärkungsrohre mit den einzelnen Wandungen der Profilteile ergibt eine partielle Stabilisierung der Profilteile und durch die gezielte Anordnung der Verstärkungsrohre im Bereich der Sitzquerträger wird eine Einleitung von Kräften bei einem Seitencrash in die Sitzträger erreicht. Durch die Schräglage der Verstärkungsrohre in den Profilteilen können die Kräfte durch einen Seitencrash direkt in die Sitzquerträger geleitet werden.
Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass das äußere Profilteil gegenüber dem inneren Profilteil in der Höhe nach oben versetzt angeordnet ist und mit einem oberen und unteren Kantenabschnitt zum inneren Profilteil überlappend angeordnet ist und diese Überlappungsbereiche ein Abstützen der Profilteile zueinander erlauben.
Insbesondere ist das innere Profilteil rechteckförmig ausgeführt und das äußere Profilteil ist rechteckförmig mit einer vorderseitigen schräg verlaufenden Wandung versehen. Diese höhenversetzte Anordnung der Profilteile zueinander ergibt eine Abstützung der Profilteile zueinander an einer Oberkante und Unterkante, derart, dass das äußere Profilteil sich mit einem Überlappungsabschnitt an der Oberkante des inneren Profilteils abstützen kann und die Unterkante des außen liegenden Profilteils sich an einem Überlappungsabschnitt des inneren Profilteils abstützt.
Die schräg verlaufende Wandung des äußeren Profilteils ergibt vorzugsweise den Schrägverlauf der Verstärkungsrohre, welche mit ihren äußeren freien Ende rechtwinklig abgelängt sind und somit etwa in einer Ebene mit der Schrägfläche des äußeren Profilteils verlaufen und das gegenüberliegende freie Ende des Verstärkungsrohres ist schräg abgelängt und liegt etwa in einer gleichen Ebene mit der Außenwandung des inneren Profilteils.
Insbesondere ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die beiden Profilteile aus einem einteiligen Blechelement bestehen und rollgeformt bzw. in einem sogenannten Rollverfahren verformt werden und in Überlappungsbereichen der Profilteile durch eine Schweißung miteinander verbunden sind. Durch das Rollverfahren kann das mit Öffnungen für die Verstärkungsrohre versehene und vorgeschnittene Blechelement zu einem Zwei-Kammer-Profil umgeformt und gleichzeitig über Schweißungen, wie eine Laserschweißung oder Kehlnahtschweißungen verbunden werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

1 eine schaubildliche Darstellung einer Fahrzeugstruktur von oben mit einer Schwellerverstärkung,
2 einen Querschnitt durch die Schwellerverstärkung,
3 eine vergrößerte Darstellung eines vorderen Teils der Schwellerverstärkung mit eingesetzten Verstärkungsrohren und
4 eine schaubildliche Darstellung auf die Schwellerverstärkung mit eingesetzten Verstärkungsrohren.

Ein Verstärkungselement 1 für einen Schweller 2 eines Kraftfahrzeugs besteht im Wesentlichen aus einem Profilelement, welches zwei Profilteile 3 und 4 umfasst, die zwischen Schwellerprofilen 5 und 6 eingekapselt gehalten sind, wobei das Schwellerprofil 5 mit einem Fahrzeugboden B verbunden wird.
Die Profilteile 3, 4 bilden ein liegend angeordnetes S-förmiges Zwei-Kammer-Profil mit einem inneren und einem äußeren Profilteil 3, 4, die nebeneinander liegend angeordnet sind und Hohlkammern 7, 8 bilden.
Zwischen den Profilteilen 3, 4 ist ein die Kammern 7, 8 der Profilteile 3, 4 trennender gerader Steg 9 vorgesehen, der durch eine hochgezogene Wandung 10 des inneren Profilteils 3 entsteht.
In Querrichtung zu den Profilteilen 3, 4 sind Verstärkungsrohre 11, 12 in fluchtenden Öffnungen 14, 15, 16 engesetzt, welche in Wandungen 17, 10 und 18 der Profilteile 3, 4 vorgesehen sind. Die Verstärkungsrohre 11, 12 durchragen die Öffnungen 14, 15, 16 und sind mit den Wandungen 17, 10 und 18 der Profilteile 3, 4 verbunden.
Die Verstärkungsrohre 11, 12 sind vorzugsweise gegenüberstehend von Sitztquerträgern 19, 20 des Fahrzeugbodens B in der Fahrzeugstruktur 21 angeordnet, damit Kräfte beim Seitencrash in die Sitzquerträger 19, 20 eingeleitet werden können.
In den Wandungen 10, 17, 18 der Profilteile 3, 4 sind über die Länge der Profilteile mehrere im Abstand zueinander angeordnete Öffnungen vorgesehen, wobei vorzugsweise nur den Sitzquerträger 19, 20 gegenüberstehend die Verstärkungsrohre 11, 12 angeordnet sind. Nach der Erfindung können aber auch weitere Verstärkungsrohre in den anderen Öffnungen angeordnet werden.
Wie in 4 näher dargestellt ist, verlaufen die Verstärkungsrohre 11, 12 unter einem Winkel α zu einer Horizontalen Ebene H und sind somit mit einem inneren freien Rohrende 22 dem Sitzquerträger 19, 20 zugerichtet. Die Rohrenden 22, 23 schließen mit Überstand zu den Wandungen 17, 18 der Profilteile 3 und 4 ab.
Wie in 3 näher zu erkennen ist, ist das äußere Profilteil 4 gegenüber dem inneren Profilteil 3 höhenversetzt angeordnet. Durch diese höhenversetzte Anordnung ergibt sich ein oberer und unterer Kantenabschnitt K und K1 zwischen den beiden Profilteilen 3 und 4, die jeweils einen Überlappungsbereich bilden, welcher eine gegenseitige Abstützung der Profilteile 3 und 4 bewirkt.
Die beiden Profilteile 3 und 4 bestehen vorzugsweise aus einem einstückigen Blechelement und werden durch eine sog. Rollverformung hergestellt und sind in Überlappungsbereichen an den Kantenabschnitten K und K1 mittels einer Schweißung S miteinander verbunden. Von einer Wandung 17b und 18b der Profilteile 3, 4 sind Schenkel 17a und 18a abgestellt, welche mit abgestellten Schenkeln 5a und 6a der Schwellerprofile 5 und 6 verbunden sind. Die Schenkel 17a und 18a sind in einer gemeinsamen senkrechten Mittenebene x-x mit der Wandung 10 bzw. dem sich bildenden Steg 9 angeordnet.
Der S-förmige Verlauf des Verstärkungselements 1 bzw. der Profilteile 3 und 4 ergibt sich durch den Verlauf der Wandung 17, der Wandung 10 und der Wandung 18. Durch diese Ausführung ergibt sich für beide Profilelemente 3, 4 der gemeinsamer Steg 9, welcher die Wandung 10 zwischen den Profilteilen 3, 4 bildet.
Die Schenkel 17a und 18a können in Fahrzeugquerrichtung auch versetzt zueinander angeordnet sein, wobei der Steg 9 dann in Höhenrichtung einen schrägen Verlauf aufweist.
Das innere Profilteil 3 ist vorzugsweise rechteckförmig ausgeführt und im Einbauzustand hochkant ausgerichtet. Das äußere Profilteil 4 ist vorzugsweise rechteckförmig mit der vorderseitigen schräg verlaufenden Wandung 18 versehen. Diese schräg verlaufende Wandung 18 gibt vorzugsweise die Schräglage der Verstärkungsrohre 11, 12 unter dem Winkel α vor. Die beiden Profilteile 3, 4 können viele Formen aufweisen und müssen nicht zwangsläufig rechteckförmig sein.

Claims

Verstärkungselement für einen Schweller eines Kraftfahrzeugs, das als Zwei-Kammer-Profil ausgebildet ist und Profilteile umfasst, die miteinander verbunden sind und Hohlkammern bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (1) zwischen zwei Schwellerprofilen (5, 6) eingekapselt angeordnet ist und aus dem Zwei-Kammer-Profil mit einem inneren und einem äußeren Profilteil (3, 4) besteht, die in der Höhe versetzt zueinander angeordnet sind und jedes Profilteil (3 und 4) jeweils in einer gemeinsamen vertikalen Mittenebene x-x einen geraden Steg (9) aufweist, an den sich abgestellte Schenkel (17a, 18a) der Profilteile (3, 4) anschließen, die mit korrespondierenden Schenkeln (5a, 6a) der Schwellerprofile (5, 6) verbunden sind und in den Profilteilen (3, 4) in Querrichtung verlaufende Verstärkungsrohre (11, 12) angeordnet sind, welche die Hohlkammern (7, 8) in zueinander fluchtenden Öffnungen (14, 15, 16) durchdringen und mit den Profilteilen (3, 4) fest verbunden sind.
Verstärkungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Wandungen (10, 17 und 18) der Profilteile (3 und 4) die fluchtenden Öffnungen (14, 15, 16) für die Verstärkungsrohre (11, 12) angeordnet sind, in denen zumindest im Bereich von Sitzquerträgern (19, 20) der Bodenstruktur (B) die Verstärkungsrohre (11, 12) angeordnet sind, welche sich von der Außenwand (18) des äußeren Profilteils (4) bis zur Außenwand (17) des Innenprofilteils (3) erstrecken.
Verstärkungselement nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fluchtenden Öffnungen (14, 15, 16) über die Länge der Profilteile (3, 4) im Abstand zueinander angeordnet und schräg verlaufend unter einem Winkel (α) zu einer Horizontalen Ebene (H) verlaufend ausgerichtet sind und freie Rohrenden (22, 23) der Verstärkungsrohe (11, 12) mit den Wandungen (17, 18) der Profilteile (3, 4) vorstehend abschließen.
Verstärkungselement nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Profilteil (4) gegenüber dem inneren Profilteil (3) in der Höhe nach oben versetzt angeordnet ist und mit einem oberen und einem unteren Kantenabschnitt (K, K1) zum inneren Profilteil (3) überlappend angeordnet ist und diese Überlappungsbereiche eine Abstützung der Profilteile (3 und 4) zueinander erlauben.
Verstärkungselement nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Profilteil (3) rechteckförmig ausgeführt und im Einbauzustand hochkant ausgerichtet ist und das weitere äußere Profilteil (4) rechteckförmig mit einer vorderseitigen schräg nach unten verlaufenden Wandung (18) versehen ist.
Verstärkungselement nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Profilteile (3, 4) aus einem einteiligen Blechelement bestehen und rollgeformt zu dem S-förmigen Zwei-Kammer-Profil ausformbar ist und in Überlappungsbereichen an den Kantenabschnitten (K, K1) durch eine Schweißung (S) miteinander verbindbar sind.
Verstärkungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (1) mit den zwei nebeneinander angeordneten Profilteilen (3, 4) die gemeinsame Wandung (10) in der Mittenebene (x-x) als Steg (9) aufweist, welcher sich zwischen dem inneren Profilteil (3) und dem äußeren Profilteil (4) erstreckt.