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Die Erfindung betrifft eine C-Säule für ein Kraftfahrzeug sowie ein mit derartigen C-Säulen ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, tragende Kraftfahrzeugsäulen, die den Dachbereich und den Karosserieunterbau verbinden, in Schalenbauweise mit geringen Wandstärken und damit mit geringem Gewicht herzustellen.
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Aus
DE 10 2008 009 567 A1 ist ein solches als B- oder C-Säule verwendbares Karosseriebauteil aus zumindest zwei Profilen, die aneinander befestigt werden, bekannt. Dort wird die Herstellbarkeit unterschiedlich langer Säulen durch teleskopartiges aneinander Führen der Profile bereitgestellt. Weiter lässt sich die Fahrzeugsäule durch Strukturschaum und/oder zusätzliche, vorzugsweise aufgeklebte Bauelemente versteifen.
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Während die A-Säule Fahrzeugdach und Motorhaubenbereich und die B-Säule Fahrzeugdach und Schweller in der Mitte der Fahrgastzelle verbindet, stellt die C-Säule die Verbindung zwischen dem Fahrzeugdach und den Kotflügeln am Fahrzeugheck bereit.
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Heutige C-Säulen können sich so aus mehreren Strukturbauteilen wie Außenschale und Innenschale zusammensetzen, die an die Dachstruktur und den hinteren Kotflügel angebunden werden, sowie ferner ein zum Heckmittelstück weisendes und dort angebundenes Verlängerungselement aufweisen, das zur Verbesserung des NVH-Verhaltens, zur Reduktion der Heckabsenkung und zur Steifigkeitserhöhung dient. Ein solches Verlängerungselement kann ebenfalls in Schalenbauweise mit geringen Wandstärken gefertigt sein. Im Falle eines Heckcrashs allerdings knicken derartige Verlängerungselemente einfach weg.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hinsichtlich der Performance beim Heckcrash verbesserte C-Säulenstruktur bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine C-Säule mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Aufgabe, ein hinsichtlich der Performance beim Heckcrash verbessertes Kraftfahrzeug bereitzustellen, wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Weiterbildungen der Gegenstände sind in den jeweiligen Unteransprüchen ausgeführt.
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Eine erfindungsgemäße C-Säule, unter der vorliegend die Verbindungsstruktur eines Kraftfahrzeugs zwischen Fahrzeugdach und dem Kotflügel (bzw. der hinteren Seitenwand) am Fahrzeugheck verstanden wird, weist zumindest eine Innenschale und eine damit verbundene Außenschale auf. Die C-Säule weist Anbindungsabschnitte zu einer Dachstruktur und zu einer hinteren Kotflügelstruktur des Kraftfahrzeugs sowie ferner ein Verstärkungselement auf. Um die C-Säule für eine erhöhte Fahrzeugsteifigkeit im Heckbereich zu versteifen, wird als Verstärkungselement ein Guss- oder Schmiedebauteil aus Metall eingesetzt. Das Verstärkungselement wird mit der Innenschale verbunden und weist die Anbindungsabschnitte zu der Dachstruktur und zu der hinteren Kotflügelstruktur auf, so dass nicht nur die C-Säule sondern auch die Anbindungen in diesem Bereich versteift werden und so neue Lastpfade im Falle eines Heckcrashs neben dem bekannten Lastpfad entlang dem hinteren Längsträger zur Verfügung stehen.
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Damit die Aufprallenergie im Falle eines Heckcrashs auf das Verstärkungselement geleitet werden kann, hat dieses einen weiteren Anbindungsabschnitt, an dem ein zum Heckmittelstück des Kraftfahrzeugs weisendes Verlängerungselement der C-Säule angebunden wird.
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Ferner weist das Verstärkungselement einen weiteren Anbindungsabschnitt zu einem Federbeindom des Kraftfahrzeugs auf und kann gegebenenfalls zusätzlich mit der Außenschale der C-Säule verbunden sein.
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Das Verstärkungselement begrenzt einen Aufnahmeraum, in dem ein Gurtaufroller, der auf einem Federbeindom des Fahrzeugs angeordnet ist, zumindest teilweise Aufnahme findet.
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Für die erhöhte Anbindungssteifigkeit können die Verbindungen zwischen dem Verstärkungselement und der Innenschale, der Außenschale und/oder dem Verlängerungselement stoffschlüssig, bevorzugt stoffschlüssig und formschlüssig sein.
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Während die Innenschale und die Außenschale Metallblechbauteile sind, kann das Verlängerungselement durch ein Strangpressprofil aus Metall gebildet werden, die sich alle stoffschlüssig mit dem geschmiedeten oder gegossenen Verstärkungselement verbinden lassen, beispielsweise durch Schweißen oder Löten.
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Bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist jeweils eine Dachstruktur wie ein seitlicher Dachrahmen über eine erfindungsgemäße C-Säule mit einer hinteren Kotflügelstruktur verbunden. Dabei stellt das als Guss- oder Schmiedebauteil aus Metall ausgeführte Verstärkungselement der C-Säule die Verbindung mit der Dachstruktur und mit der hinteren Kotflügelstruktur bereit.
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Das Verstärkungselement ist ferner mit dem Federbeindom des Kraftfahrzeugs verbunden.
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Auch die Verbindungen zwischen dem Verstärkungselement der C-Säule und der Kotflügelstruktur, dem Federbeindom und/oder der Dachstruktur können stoffschlüssig, bevorzugt stoffschlüssig und formschlüssig sein.
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Dabei können auch die Kotflügelstruktur und der Federbeindom aus Metall und die Dachstruktur ein Strangpressprofil aus Metall sein.
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Werden entsprechende Metalllegierungen gewählt, können alle Bauteile vorteilhaft einfach miteinander verschweißt werden.
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Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Explosionsansicht der Schalenbauteile einer herkömmlichen C-Säule,
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2 eine perspektivische Ansicht von innen auf die Innenschale einer herkömmlichen C-Säule im Anbindungsbereich des Federbeindoms mit Gurtaufroller,
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3 eine perspektivische Explosionsansicht der Schalenbauteile einer erfindungsgemäßen C-Säule gemäß einer ersten Ausführungsform,
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4 eine perspektivische Ansicht von innen auf das Verstärkungselement der erfindungsgemäßen C-Säule aus 3 im Anbindungsbereich des Federbeindoms mit Gurtaufroller,
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5 eine perspektivische Außenansicht auf das Verstärkungselement aus 4,
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6 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen C-Säulenstruktur mit zusätzlichen Lastpfaden in die Dachstruktur und den Kotflügel,
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7 eine perspektivische Explosionsansicht der Schalenbauteile einer erfindungsgemäße C-Säule gemäß einer weiteren Ausführungsform,
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8 eine perspektivische Explosionsansicht der Schalenbauteile einer erfindungsgemäßen C-Säule gemäß noch einer weiteren Ausführungsform,
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9 eine perspektivische Ansicht von innen auf das Verstärkungselement der erfindungsgemäßen C-Säule aus 7 im Anbindungsbereich des Federbeindoms mit Gurtaufroller,
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10 eine perspektivische Außenansicht auf das Verstärkungselement aus 9,
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11 eine perspektivische Ansicht von innen auf das Verstärkungselement der erfindungsgemäßen C-Säule aus 8 im Anbindungsbereich des Federbeindoms,
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12 eine perspektivische Außenansicht auf das Verstärkungselement aus 11.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich auf eine in Schalenbauweise konzipierte C-Säule eines Kraftfahrzeugs, die ein Verstärkungselement umfasst, das als Guss- oder Schmiedebauteil aus Metall ausgeführt ist. Das Verstärkungselement nimmt eine Dachstruktur wie den seitlichen Dachrahmen sowie das Verlängerungselement der C-Säule nach hinten außen auf. Da das Verstärkungselement aus Metall gegossen bzw. geschmiedet ist, kann bei metallischem Dachrahmen und Verlängerungselement eine stoffschlüssige Verbindungstechnik, wie z. B. Schweißen gewählt werden.
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Die Ausführungsform, bei der das Verstärkungselement nicht nur eine stoffschlüssige Anbindung des Dachrahmens und des Verlängerungselements aufweist, sondern auch formschlüssig zu den entsprechend anliegenden Enden des Dachrahmens und des Verlängerungselements ausgeprägt ist, bietet eine besonders gute Anbindung. Weiter wird das Verstärkungselement an der Innenschale der C-Säule, dem Federbeindom und dem Radeinbau bzw. der hinteren Kotflügelstruktur angebunden. Auch die Außenschale der C-Säule kann mit dem Verstärkungselement verbunden werden. Anders als herkömmliche C-Säulen in Schalenbauweise, wie sie in 1 und 2 dargestellt sind, stellt die erfindungsgemäße C-Säule erhöhte Steifigkeit im Heckbereich des Fahrzeugs und zusätzliche Lastpfade zur Energieaufnahme beim Heckcrash bereit, was durch herkömmliche, in Schalenbauweise gefertigte C-Säulen mit geringen Wandstärken und dem ebenfalls in Schalenbauweise konzipierten Verlängerungselement zum Heckmittelstück/Fahrzeuglängsträger nicht geleistet werden kann.
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Generell dient das Verlängerungselement dazu, einen Lastpfad zur Verbesserung des NVH-Verhaltens durch die Reduktion der Heckabsenkung zu schaffen. Die Performance bzw. die Ausgestaltungsmöglichkeiten herkömmlicher C-Säulen beim Heckcrash sind limitiert, da die gesamte C-Säulenstruktur in Schalenbauweise relativ weich ist, und das Verlängerungselement beim Heckcrash abknickt, so dass der Lastpfad zur Aufnahme der Aufprallenergie nur über den hinteren Längsträger verläuft. In 1 sind die Blechbauteile Innenschale 1 und die Außenschale 2 einer herkömmlichen C-Säule dargestellt, sowie die ebenfalls als Blechbauteile ausgeführten Schalenelemente 3' und 3'', die das zum Heckmittelstück weisende Verlängerungselement bilden. Ferner ist die Kotflügelstruktur 5 dargestellt, an der die Innen- und Außenschale 1, 2 befestigt werden. Die Innenschale 1 ist mit einem muldenförmigen Bereich 11 ausgebildet, in dem ein auf dem Federbeindom 6 angeordneter Gurtaufroller 7 Aufnahme findet, wie in der in 2 dargestellten Bauraumsituation im Bereich der C-Säule zu sehen ist.
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3, 7 und 8 zeigen Komponenten einer erfindungsgemäßen C-Säule, die an eine herkömmlich ausgeformte Kotflügelstruktur 5 angebunden wird. Die Außenschale 2 entspricht im Wesentlichen einer Außenschale aus dem Stand der Technik, das Verlängerungselement 3 und – in 3 und 7 – die Innenschale 1 sind modifiziert. Kern der erfindungsgemäßen C-Säule ist das Verstärkungselement 4, das in unterschiedlicher Weise als Schmiede- oder Gussbauteil ausgeführt sein kann, jedoch immer Anbindungsstellen 43, 44, 46, 47 für das Verlängerungselement 3, die Innenschale 1 und gegebenenfalls auch die Außenschale 2 aufweist. Ferner weist jedes Verstärkungselement 4 eine Anbindungsstelle 42 für die Dachstruktur bzw. den Dachrahmen 8 auf, wie in 5, 10 und 12 zu sehen ist.
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3 bis 5 beziehen sich auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen C-Säule, bei der das Verstärkungselement 4 als geschmiedetes Rahmenbauteil mit einer Fachwerkstruktur ausgebildet ist. 4 zeigt die Einbausituation dieses Verstärkungselements 4 von innen und 5 von außen. Das Verstärkungsbauteil 4 weist einen strebenförmigen Anbindungsabschnitt 41 auf, der sich an dem Federbeindom 6 abstützt. Das rahmenförmige Verstärkungselement 4 begrenzt einen Hohlraum, in dem der auf dem Federbeindom 6 angeordnete Gurtaufroller 7 teilweise aufgenommen wird. Im oberen Bereich des Verstärkungselements 4 ist als Anbindungsabschnitt eine Aufnahmemulde 42 ausgeformt, in der das Ende des Dachrahmenprofils 8 formschlüssige Aufnahme findet. Für das Verlängerungselement 3 ist ebenfalls ein Anbindungsabschnitt 43 vorgesehen. Die Innenschale 1 der C-Säule weist hier eine entsprechend dem Verstärkungselement 4 geformte Ausnehmung 12 zur Aufnahme des Verstärkungselements 4 auf.
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Durch die Aufnahme des seitlichen Dachrahmens 8 und des Verlängerungselements 3 der C-Säule sowie durch die Anbindung des Verstärkungselements 4 an den Federbeindom 6 und die Schalenbauteile 1, 2 der C-Säule wird ein sehr steifer Verbindungsknoten in diesem Bereich ausgebildet.
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Dadurch wird ein weiterer Lastpfad – speziell für den Heckcrash – geschaffen und die lokale Steifigkeit im Bereich der C-Säule erhöht, was sich ebenfalls positiv auf das Crashverhalten im Lastfall „Heckcrash” auswirkt. Der herkömmliche, durch den hinteren Längsträger verlaufende Lastpfad beim Heckcrash wird in 6 durch die gestrichelten Blockpfeile LL symbolisiert. Die erfindungsgemäße C-Säule ermöglicht neben dem bisherigen Lastpfad LL über das Verlängerungselement 3 den weiteren Lastpfad L beim Heckcrash zur zusätzlichen Energieaufnahme und Übertragung über das Verstärkungselement (das in 6 nicht zu sehen ist) und die versteifte Anbindung an die Innen- und Außenschale 1, 2 an die verzweigten Lastpfade LD in die Dachstruktur 8 und LK in die Kotflügelstruktur 5.
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Um ein Versagen des Verlängerungselements zu verhindern und eine gute Anbindung an das Verstärkungselement zu ermöglichen, wird vorzugsweise als Verlängerungselement 3 ein Profilbauteil anstelle eines Mehrschalenbauteils eingesetzt. Allerdings ist auch eine andere steifigkeitserhöhende Maßnahme für das Verlängerungselement wie eine Erhöhung der Wandstärken, des Bauteilquerschnitts oder Änderung der Materialgüte zur Aussteifung bzw. Energieaufnahme im Heckcrash nicht ausgeschlossen. Neben der verbesserten Heckcrashperformance wird zudem das NVH-Verhalten verbessert, da die Heckbiegung reduziert wird.
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Sowohl die Dachstruktur, bei der es sich vorliegend um den seitlichen Dachrahmen handelt, als auch das Verlängerungselement können als Strangpressprofile beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung ausgeführt sein. Vorzugsweise sind Blechbauteile der Schalenelemente, Verstärkungselement und Strangpressprofile aus metallischen Werkstoffen, die sich problemlos miteinander stoffschlüssig verbinden lassen, z. B. alle aus Stahl- oder Aluminiumlegierungen.
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7, 9 und 10 sowie 8, 11 und 12 zeigen weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen C-Säule mit alternativen Verstärkungselementen 4 und Innenschalen 1. 7, 9 und 10 zeigen als Verstärkungselement 4 ein Gussbauteil mit einer flächigen, gewölbten Struktur, die einen umfänglichen Flansch 44 zur Anbindung an die Innenschale 1 aufweist, wenn das Verstärkungselement 4 in die Ausnehmung 12 der Innenschale 1 eingesetzt wird. Das gewölbte Verstärkungselement 4 stellt ausreichend Bauraum für den auf dem Federbeindom 6 platzierten Gurtaufroller 7 zur Verfügung. Des Weiteren ist dieses Verstärkungselement 4 mit versteifenden Rippen 45 ausgestattet und weist die Anbindungsabschnitte 42 und 43 für die Dachstruktur 8 und das Verlängerungselement 3 auf.
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8, 11 und 12 zeigen wieder ein rahmenartiges Verstärkungselement 4 mit Fachwerkstruktur, das als Schmiede- oder Gussteil ausgeführt sein kann. Die Innenschale 1 ist hierbei in herkömmlicher Weise mit einer Auswölbung 11 für den Gurtaufroller ausgeführt. Das Verstärkungselement 4 ist entsprechend zur Aufnahme zwischen der Innen- und der Außenschale 1, 2 im Bereich des auf dem Federbeindom 6 angeordneten Gurtaufrollers geformt. Zudem weist es die Abschnitte 42, 43 zur Anbindung der Dachstruktur 8 und des Verlängerungselements 3 auf. Zur Anbindung der Innenschale ist Flansch 46 vorgesehen und zur Anbindung der Außenschale Flansch 47.
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Durch die modifizierte C-Säule mit dem Verstärkungselement und dem modifizierten Verlängerungselement werden die neuen Lastpfade im Fall eines Heckcrashs aktiviert und nehmen Energie auf. Dadurch kann eine reduzierte Intrusion im Heckcrash bewerkstelligt werden. Zusätzlich wird das Crashverhalten des Längsträgers durch den neuen Lastpfad beeinflusst, der Längsträger kann nicht mehr ausknicken, da er durch das Verlängerungselement der C-Säule stabilisiert wird.
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Zudem kann durch die erfindungsgemäße C-Säule mit dem Verstärkungselement die Anbindung des Gurtaufrollers optimiert werden. Das am Federbeindom angebundene Verstärkungselement verbessert die Bauraumsituation zur Platzierung des Gurtaufrollers im Bereich der C-Säule. Ferner wird durch die Anbindung des Verstärkungselements am Federbeindom ein steifer Zug- und Druckverband hergestellt, der als Abstützbasis für die durch das verbesserte Verlängerungselement realisierte steifere Verlängerung der C-Säule dient.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008009567 A1 [0003]
