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Die Erfindung betrifft einen Querträger für ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Energieabsorbierende Bauteile bzw. Energieabsorber oder Deformationselemente sind prinzipiell bekannt. Dabei handelt es sich um Bauteile, die durch ihre Geometrie und Dimensionierung so ausgelegt sind, dass sie sich bei einer vorgegebenen Belastung, z. B. bei einem Aufprall, unter Aufnahme von Energie definiert verformen. Sie bestehen aus energieabsorbierenden Strukturelementen, die in Beanspruchungsrichtung im Wesentlichen flächendeckend nebeneinander angeordnet sind. Konventionelle Energieabsorber bzw. deren Strukturelemente bestehen überwiegend aus Aluminium, Stahl, Schäumen, Elastomeren und/oder Faserverbundwerkstoffen. Ferner sind Wabenstrukturen bekannt.
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Ein Energieabsorber zum Absorbieren von Stoßenergie an einer Armaturentafel ist in der
US 3 834 482 beschrieben. Auch dieses Bauteil weist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Wabenkammern auf.
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Bei einem Frontalaufprall findet in modernen Fahrzeugen die Absorption der durch den Aufprall entstehenden Energie zwischen einem Querträger und den Komponenten im Motorraum und/oder den dazwischen liegenden Karosserieteilen, insbesondere Karosserieteile des Rohbaus, mittels Verformen dieser statt. Der Querträger unterstützt hierbei eine Stirnwand und/oder einen Scheibenquerträger in dem Bestreben, die beim Frontcrash in Richtung Innenraum drängenden Komponenten zurück zu halten und zu deformieren. Gleichzeitig darf sich der Querträger, der unter anderem als Träger von Armaturentafel und/oder Airbags fungiert, nur in engen Grenzen selbst deformieren, da sonst die Rückhaltefunktion der Airbags und somit der Schutz von Fahrzeuginsassen nicht mehr gegeben ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Querträger für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welcher einfach und kostengünstig herzustellen ist, eine möglichst optimale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraumes ermöglicht, einen ausreichenden Insassenschutz gewährleistet und an die jeweiligen Gegebenheiten eines Kraftfahrzeugs angepasst werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Anpassung der Stege an die zu erwartende Krafteinwirkung auf den Querträger weist das erfindungsgemäße Deformationselement zum einen stets die notwendige Steifigkeit auf, um beispielsweise bei einem Frontalcrash eine definierte Energieabsorption zu gewährleisten, und kann zum anderen an die unterschiedlichsten Platzverhältnisse innerhalb des Querträgers angepasst werden. Durch eine möglichst geringe Blocklänge des Deformationselements ist gewährleistet, dass der zur Verfügung stehende Bauraum optimal genutzt werden kann.
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Ferner erlaubt dieses Prinzip bzw. das erfindungsgemäße Deformationselement auch die nachträgliche oder gezielte Eigenschaftsänderung der Tragstruktur, d. h. sie kann optional bei bestimmten Modellen, bei Rechtslenker- oder Linkslenker-Einsatz oder bei bestimmten Motorisierungen eingesetzt werden, welche den Einsatz notwendig machen.
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Dabei wird durch die der Krafteinwirkung näher liegende Grundplatte die bei einem Aufprall auftretende Kraft auf die einzelnen Stege verteilt, welche sich bei entsprechender Krafteinwirkung verformen und dadurch die auftretende Energie absorbieren. Von Vorteil ist, dass die Energieabsorption innerhalb des Querträgers erfolgt, sodass der letzte Rest an freiem Raum ausgenutzt werden kann.
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In vorteilhafter Weise ist das Deformationselement Teil des Querträgers, wobei der Querträger als Leichtbaukomponente, insbesondere als gewichtsoptimierte Leichtmetallstruktur, ausgestaltet werden kann. Da zur gezielten Verformung und optimierten Energieaufnahme das Deformationselement die Kräfte aufnimmt, kann der als Leichtbaukomponente ausgestaltete Querträger bei Krafteinwirkung somit nicht brechen.
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Der Querträger kann in vorteilhafter Weise somit eine aktive Funktion übernehmen, indem dieser den Rohbau definiert stützt, ohne selbst zu versagen oder zu weit in den Innenraum geschoben zu werden. Der Querträger kann mit dem erfindungsgemäßen Deformationselement somit sowohl die Unterstützung des Rohbaus als auch die Energieabsorption bewerkstelligen. Der mit dem Deformationselement ausgestaltete, erfindungsgemäße Querträger verbleibt in vorteilhafter Weise in seiner Ursprungslage unabhängig davon, ob die Anbindungen weich ausgeführt sind, wobei diese Anbindungen den durch Motor, Bremskraftverstärker und Klimaanlage im Crash verursachten Intrusionen bzw. Verformungen in Richtung Innenraum nachgeben, oder ob die Anbindungen stabil ausgeführt sind, wobei die Grenzwerte für die Verformung von Scheibenquerträger und Stirnwand seitens Gesamtfahrzeug bzw. Rohbau nicht überschritten werden.
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Vorzugsweise kann der erfindungsgemäße Querträger an seiner schwächsten Stelle mit dem Deformationselement versehen sein, welches gezielt abgestimmt Energie aufnehmen und ableiten kann, ohne dass der Querträger selbst seine Integrität verliert bzw. ein Versagen des Querträgers befürchtet werden muss. Diese schwächste Stelle des Querträgers kann in vorteilhafter Weise gezielt in einem möglichst ungefährlichen Bereich ausgewählt werden.
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Dadurch, dass der mit dem Deformationselement ausgestaltete, erfindungsgemäße Querträger in einem Crashfall nicht versagen kann, insbesondere nicht brechen kann, werden in vorteilhafter Weise für den Fahrer ggf. überlebenswichtige Bauteile wie Lenkung und Airbags im Crashfall in Position gehalten, unabhängig von den Verformungen der Umgebung. Zudem kann der Querträger dazu vorgesehen sein, die A-Säulen bei einem Seitenaufprall zueinander auszusteifen, zumal der Querträger ohnehin die gerade Verbindung zwischen den A-Säulen darstellt.
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Der erfindungsgemäße Querträger mit dem Deformationselement erfüllt zudem die Qualitätsansprüche an eine frequenzsteife Anbindung eines Head-Up-Display an. dem Querträger im Fahrbetrieb. Der erfindungsgemäße Querträger mit dem Deformationselement erfüllt auch die Grenzwerte für eine nicht wandernde Anbindung im Crashfall. Der immer größer werdenden Packagedichte im Motorraum und den dadurch im Crashfall größer werdenden Kräften und Verformungen kann in vorteilhafter Weise mittels des Querträgers mit dem Deformationselement entgegengewirkt werden, da die Grenzwerte für eine solide, d. h. nicht wandernde, Anbindung seitens des Rohbaus bzw. der Fahrzeugkarosserie eingehalten werden können.
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Um die Anpassung des Deformationselements an den im Querträger zur Verfügung stehenden Raum zu verbessern, kann in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Stege unterschiedliche Materialstärken aufweisen und/oder in unterschiedlichen vertikalen Richtungen verlaufend angeordnet sind. Zudem können die Stege unterschiedliche geometrische Anordnung, geometrische Ausrichtung und Formgebung aufweisen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil der Stege mit den Grundplatten ein von wenigstens einer Seite außen geschlossenes Bauteil ausbilden bzw. eine von wenigstens einer Seite geschlossene Einheit bilden. Durch diese Ausgestaltung zumindest eines Teils der Stege ist sichergestellt, dass diese auch dann eine ausreichende Steifigkeit aufweisen, wenn sie zum Beispiel aus Platzgründen relativ dünnwandig ausgeführt sein müssen.
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Wenn des Weiteren vorgesehen ist, dass wenigstens eine Grundplatte an denjenigen Stellen, an denen die Stege mit derselben verbunden sind, Materialaufdickungen aufweist, so lässt sich die Herstellung des erfindungsgemäßen Deformationselements noch weiter vereinfachen.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Deformationselement in einen Hohlraum des Querträgers eingeschoben ist. Dies stellt einerseits eine einfache Verbindung zwischen diesen zwei Bauteilen sicher und verringert andererseits den Platzbedarf erheblich.
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Um eine kostengünstige Herstellung des Deformationselements zu ermöglichen, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass dasselbe als Aluminiumstrangpressprofil ausgebildet ist. Im konkreten Fall wird das Deformationselement durch ein Aluminiumstrangpressprofil mit geeigneter Legierung gebildet, kann jedoch auch aus anderen Materialien bestehen. Beispielsweise kann das Strangpressprofil als Material TL116 C20 enthalten.
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Zudem kann das Deformationselement, insbesondere dessen Stege und die Grundplatten, einstückig bzw. einteilig oder mehrteilig ausgestaltet sein, wobei es mit unterschiedlich geometrisch ausgeführten Elementen ausgebildet werden kann.
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Wenigstens eine der Grundplatten kann wenigstens eine Auflagefläche zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung des Deformationselements mit dem Querträger aufweisen. Das Deformationselement kann mittels dieser Auflagefläche in den Querträger eingeschoben oder an diesem angeordnet werden. Das Deformationselement kann zudem einfach mit dem Querträger verbunden werden, weist einen einfachen Aufbau, ein sehr geringes Gewicht und ein hohes Energieaufnahmevermögen auf.
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Das Deformationselement bzw. dessen Auflagefläche kann mit dem Querträger verschweißt, verklebt oder verschraubt sein. In vorteilhafter Weise stellt der mit dem Deformationselement ausgestaltete Querträger das Traggerüst des gesamten Cockpits dar, wobei der Querträger die Aufnahme der Bauteile in der Vormontage, die stabile Aufnahme der Lenkung, die stabile Aufnahme der Armaturentafel und die Abstützung der Verkleidungsteile gewährleistet.
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Das Deformationselement kann eine im Wesentlichen trapez- oder paralellogrammförmige Außenkontur aufweisen.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
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Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Querträger eines Kraftfahrzeugs mit einem in demselben angeordneten Deformationselement; und
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2 eine perspektivische Ansicht des Deformationselements.
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1 zeigt ein Karosserieteil 1 und einen Schnitt durch einen auch als Modulquerträger bezeichneten Querträger 2 eines in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Karosserieteil 1 um eine Stirnwand oder einen Scheibenquerträger. Gegebenenfalls könnten als Karosserieteil 1 auch andere Elemente des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Innerhalb des Querträgers 2 ist ein Deformationselement 3 angeordnet, welches bei einem eventuellen Aufprall, beispielsweise bei einem Frontalcrash des Kraftfahrzeugs, die auftretende Energie absorbiert und somit den Aufprall auf nicht näher dargestellte Fahrzeuginsassen mindert.
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Hierzu weist das Deformationselement 3 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste Grundplatte 4, eine zweite Grundplatte 5 und eine Vielzahl von sich zwischen den Grundplatten 4, 5 erstreckenden Stegen 6 auf. Im vorliegenden Fall ist das Deformationselement 3 in einem Hohlraum des Querträgers 2 angeordnet. Hierbei ist es besonders zu bevorzugen, die Grundplatte 5 des Deformationselements 3 mit dem Querträger 2 zu verschweißen oder zu verkleben und auf diese Weise in den Querträger 2 einzubauen. Die Stege 6 des Deformationselements 3 weisen unterschiedliche, an die zu erwartende Krafteinwirkung auf den Querträger 2 sowie an den in dem Bereich des bzw. innerhalb des Querträgers 2 zur Verfügung stehenden Raum angepasste Formen auf. Die Richtung der zu erwartenden Krafteinwirkung bzw. die Schubrichtung ist in 1 mit dem Pfeil ”x” gekennzeichnet. Die Anpassung an den zur Verfügung stehenden Raum wird im vorliegenden Fall hauptsächlich dadurch erreicht, dass die einzelnen Stege 6 unterschiedliche Höhen aufweisen. Da mit zunehmender Höhe der Stege 6 deren Steifigkeit abnimmt, wodurch diese bei einer geringeren Krafteinwirkung einknicken, ist zumindest ein Teil der Stege 6 mit den Grundplatten 4 und 5 geschlossen ausgestaltet, um die Steifigkeit zu erhöhen. Allerdings hängt die Form, geometrische Ausrichtung und geometrische Anordnung der Stege 6 sowie damit auch deren Höhe insbesondere von der Konstruktion der Karosserie des Kraftfahrzeugs ab, so dass sich die höheren, gegebenenfalls geschlossenen Stege 6 auch an anderen Stellen des Deformationselements 3 befinden können.
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Um das vorzugsweise als Aluminiumstrangpressprofil ausgebildete Deformationselement 3 einfach herstellen zu können, ist im vorliegenden Fall zumindest ein Teil der Stege 6 an ihrem Umfang geschlossen, d. h. die betreffenden Stege 6 sind als vollständige zylindrische oder quaderförmige Körper ausgebildet. Hierdurch ist sowohl eine höhere Steifigkeit als auch eine einfachere Entformbarkeit bei der Herstellung derselben gegeben. In nicht näher dargestellter Weise können die an ihrem Umfang geschlossene Stege 6 mit schrägen Wänden ausgestaltet sein, wodurch eine noch leichtere Entformbarkeit erreicht wird. Eine weitere Vereinfachung der Herstellung ergibt sich im vorliegenden Fall dadurch, dass die Grundplatten 4, 5 an denjenigen Stellen, an denen das Deformationselement 3 über die Grundplatten 4, 5 mit dem Karosserieteil 1 oder dem Querträger 2 verbunden sind, wenigstens eine Auflagefläche 7 für eine Schweißverbindung aufweisen. Eine weitere Vereinfachung der Herstellung ergibt sich im vorliegenden Fall dadurch, dass die Grundplatten 4, 5 an denjenigen Stellen, an denen die Stege 6 mit den Grundplatten 4, 5 verbunden sind, Materialaufdickungen 8 aufweisen. Hierdurch ist ein optimales Ausformen des Deformationselements 3 aus der Matrize bzw. dem Rezipienten der Strangpresseinrichtung möglich.
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Das Energieabsorptionsverhalten des Deformationselements 3 kann neben der Änderung der Form der Stege 6 auch durch die Verwendung eines bestimmten Materials für das Deformationselement 3, durch die Materialdicke der Grundplatten 4, 5 und der Stege 6, durch den Abstand der einzelnen Stege 6 voneinander sowie durch den Anstellwinkel der Stege 6 zu den Grundplatten 4, 5 beeinflusst werden, wodurch ein definiertes Verhalten im Falle eines Aufpralls erreicht werden kann. Die vorzugsweise konstante Wandstärke der Stege 6 sollte so groß gewählt werden, dass diese durch Strangpressen herstellbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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