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Die Erfindung betrifft eine Karosseriesäule, insbesondere B-Säule, für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Die B-Säule eines Kraftfahrzeuges erstreckt sich im Wesentlichen in vertikaler Richtung zwischen dem Dach-Längsträger und dem Bodenschweller eines Kraftfahrzeuges. Die B-Säule dient einerseits der Versteifung der seitlichen Fahrzeugkarosserie und andererseits zur Aufnahme von Bauteilen, wie etwa einem Gurtretraktor oder dergleichen. Zudem begrenzt die B-Säule einen vorderen Einstieg und gegebenenfalls einen hinteren Einstieg des Kraftfahrzeuges. Zur Erhöhung der Seitenaufprallfestigkeit im Seitencrashfall kann in der B-Säule ein Verstärkungsblech integriert sein, das einer unfallbedingten Deformation der B-Säule in den Fahrzeuginnenraum hinein entgegenwirkt.
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Beispielhaft ist aus der
DE 197 40 368 B4 eine verstärkte Karosseriesäule bekannt, die einen am Dach-Längsträger der Rohbaukarosserie angebundenen Kopfabschnitt, einen am Bodenschweller der Rohbaukarosserie angebundenen Fußabschnitt sowie einen sich dazwischen erstreckenden mittleren Säulenabschnitt aufweist. Innerhalb der als Hohlträger ausgebildeten Karosseriesäule ist ein zusätzliches Verstärkungselement zur Erhöhung der Seitenaufprallfestigkeit vorgesehen. Der Hohlträger ist dabei zweiteilig mit einem U-profilförmigen äußeren Säulenteil und einem inneren Säulenteil ausgebildet, zwischen denen das Verstärkungselement vorgesehen ist. Das Verstärkungselement weist seitliche Befestigungsflansche auf, die unter Bildung eines Dreilagenaufbaus zwischen korrespondierenden Befestigungsflanschen des inneren und äußeren Säulenteiles verschweißt sind.
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Bei übermäßig großen Seitenaufprallkräften besteht bei derart verstärkten Karosseriesäulen das Risiko, dass trotz des Verstärkungselementes je nach Aufprallort es zu einem unkontrollierten Ausknicken der Karosseriesäule in den Fahrzeuginnenraum hinein kommen kann.
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Aus der
US 2011/0095567 A1 ist eine weitere Karosseriesäule für ein Fahrzeug bekannt, die ein Verstärkungselement zur Erhöhung einer Seitenaufprallfestigkeit aufweist. Das Verstärkungselement weist unter anderem einen am Bodenschweller der Rohbaukarosserie anbindbaren Fußabschnitt sowie einen mittleren Säulenabschnitt auf. Im unteren Bereich ist im Verstärkungselement eine Sicke eingeprägt, die als eine Soll-Deformationsstelle im Seitencrashfall wirkt. Gleiches trifft auch auf die
US 2011/0133515 A1 , auf die
US 2010/0231003 A1 , auf die
JP 2010/173 403 A und auf die
JP 2006/321 491 A zu.
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Aus der
US 2013/0241239 A1 ist eine gattungsgemäße Karosseriesäule bekannt, deren Verstärkungselement eine Soll-Deformationsstelle aufweist, die aus zwei in der Fahrzeughochrichtung übereinander angeordneten, in der Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Sicken aufweist. Gleiches gilt auch für die
US 2011/0133515 A1 , die
JP 2012-111 374 A und die
DE 10 2013 002 421 A1 .
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Karosseriesäule, insbesondere eine B-Säule eines Fahrzeuges bzw. eine Rohbaukarosserie eines Fahrzeuges bereitzustellen, bei der im Seitencrashfall ein Ausknicken der Karosseriesäule in den Fahrzeuginnenraum hinein auf Höhe des Fahrzeuginsassen vermieden wird.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung geht von dem Sachverhalt aus, dass die für die Seitenaufprallfestigkeit einschlägigen Kennwerte, insbesondere das Flächenträgheitsmoment, am Übergang zwischen dem mittleren Säulenabschnitt und dem auf dem Bodenschweller aufgesetzten Fußabschnitt der Karosseriesäule aufgrund geometrischer sowie baulicher Randbindungen (Retraktor-Anbau) maximal sind. Entsprechend ist dort auch die Seitenaufprallfestigkeit der Karosseriesäule am größten. Gerade dieser Übergangsbereich ist jedoch beabstandet vom Fahrzeuginsassen und damit mit Bezug auf den Insassenschutz unkritisch bei einer unfallbedingten Deformation. Vor diesem Hintergrund weist das Verstärkungselement am Übergang vom Fußabschnitt in den Säulenabschnitt eine die Seitenaufprallfestigkeit herabsetzende Soll-Deformationsstelle auf, bei der in der Fahrzeughochrichtung zumindest zwei übereinander angeordnete sowie in der Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Sicken vorgesehen sind. Erfindungsgemäß sind daher insgesamt zwei Deformationszonen bereitgestellt. Dies führt zu einer insgesamt größeren Nachgiebigkeit der Karosseriesäule im unteren Bereich. Zudem verteilt sich im Seitencrashfall die absorbierte Energie auf einen größeren Bereich. Bevorzugt sind die beiden Sicken in der Fahrzeughochrichtung mit einem Höhenversatz unterhalb des Fahrzeugsitzes angeordnet.
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Die beiden Sicken können konstruktiv unterschiedlich ausgelegt sein. Bevorzugt können die beiden Sicken so aufeinander abgestimmt sein, dass bei entsprechend großer Seitenaufprallkraft in einer zeitlichen Reihenfolge zunächst unter Verformung der ersten Sicke und anschließend unter Verformung der zweiten Sicke der Säulenabschnitt des Verstärkungselementes gegenüber seinem Fußabschnitt in der Fahrzeugquerrichtung verlagerbar ist.
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Die beiden Sicken sind, in der Fahrzeughochrichtung betrachtet, über eine Scheitelstelle voneinander beabstandet. Die Scheitelstelle ist eine, in der Fahrzeugquerrichtung nach außen gewölbte wulstförmige Ausformung, die durch einen geeigneten Blechumformschritt gebildet wird.
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Die Soll-Deformationsstelle ist mit Hilfe von Blechumformung gebildet. In diesem Fall wird in das vollflächige Blechmaterial des Verstärkungselementes eine lokal konkave Sicken-Geometrie eingeformt, und zwar ohne zusätzliche Materialaussparungen bzw. ohne zusätzliche spezielle Wärmebehandlung am Übergang zwischen dem Fußabschnitt und dem Säulenabschnitt. Auf diese Weise ist eine stabile, definierte Deformation des Karosseriesäulenfußes gewährleistet. Zudem ergibt sich eine vergleichsweise hohe Energieabsorption durch die erzwungene Material-Deformation, und zwar bei gleichzeitig hoher Festigkeit. Außerdem werden die Befestigungsflansche des Verstärkungselementes entlastet, wodurch die Rissgefahr reduziert ist. Zudem kann die Nachgiebigkeit der Karosseriesäule in gewissem Maße durch eine entsprechende Ausformung der Geometrie eingestellt werden, wodurch sich in einfacher Weise ein Kompromiss zwischen der Entlastung des oberen Teils der Karosseriesäule sowie einer im Seitencrashfall zulässigen Intrusionstiefe herstellen lässt.
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Erfindungsgemäß kann das Verstärkungselement ein profiliertes Blechteil sein, und zwar mit einem U-Profil mit einer in der Fahrzeugquerrichtung äußeren Profilbodenwand sowie mit in der Fahrzeugquerrichtung nach innen abragenden Seitenflanken. Die Soll-Deformationsstelle kann dabei je nach geometrischen Gegebenheiten bevorzugt in der Bodenwand des Verstärkungselementes angeordnet sein. Gegebenenfalls ist es von Vorteil, wenn die Soll-Deformationsstelle ausgehend von der Bodenwand an Übergangskanten durchgängig bis in die Seitenflanken des Verstärkungselementes übergeht. Zudem können die beiden Sicken der Soll-Deformationsstelle in der Fahrzeuglängsrichtung geradlinig oder zumindest teilweise kreisbogenförmig ausgeführt sein.
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Der am Bodenschweller anbindbare Fußabschnitt der Karosseriesäule kann ein Winkelprofil sein, das den Bodenschweller umgreift. Das Winkelprofil kann einen, auf die Oberseite des Bodenschwellers aufsetzbaren Auflageschenkel sowie einen auf einer, in der Fahrzeugquerrichtung äußeren Seitenwand des Bodenschwellers aufsetzbaren Außenschenkel aufweisen. Der Außenschenkel verläuft dabei vertikal und geht an einer Winkelprofilkante in den horizontal verlaufenden Auflageschenkel über. Zur weiteren Optimierung des Deformationsverhaltens der Karosseriesäule ist es bevorzugt, wenn der Säulenabschnitt und der Kopfabschnitt des Verstärkungselementes in der Vertikalrichtung oberhalb der Solldeformationsstelle keine weiteren Soll-Deformationsstellen aufweist. Das heißt, dass die Karosseriesäule am Dach-Längsträger – im Vergleich zum Fußabschnitt – äußerst bauteilsteif angebunden ist. Die untere Soll-Deformationsstelle ist dabei bevorzugt so angepasst, dass sich im Seitencrashfall der Säulenabschnitt gegenüber dem Fußabschnitt um einen vorgegebenen Deformationsweg in der Fahrzeugquerrichtung nach innen verlagert. Auf diese Weise ergibt sich im Seitencrashfall eine sogenannte Zeigerkinematik, bei der die steif am Dach-Längsträger angebundene Karosseriesäule in einer Schwenkbewegung um einen, von der Soll-Deformationsstelle vorgegebenen Deformationsweg in den Fahrzeuginnenraum hinein verlagerbar ist.
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Bevorzugt kann der Hohlträger der Karosseriesäule zweiteilig mit einer zum Beispiel U-profilförmigen äußeren Säulenteil und einem inneren Säulenteil ausgebildet sein, die ein geschlossenes Hohlprofil bilden. Zwischen den beiden Säulenteilen kann das Verstärkungselement angeordnet sein. Dabei kann das Verstärkungselement an den Randkanten seiner Seitenflanken zusätzlich abgewinkelte Befestigungsflansche aufweisen, die im Zusammenbauzustand zwischen korrespondierenden Befestigungsflanschen der äußeren und inneren Säulenteile angeordnet sind. Im Hinblick auf eine Entlastung der Befestigungsflansche des Verstärkungselementes ist es von Vorteil, wenn sich die bis in die Seitenflanken erstreckende Sicke mit Abstand vor den Randkanten abschließt.
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Dabei kann die Profilbodenwand des U-profilförmigen Säulenabschnittes in einer Verlängerung nach unten flächenbündig in den Außenschenkel des Winkelprofils übergehen. Zudem können die Seitenflanken des Säulenabschnittes in der Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und nach hinten in die horizontalen Auflageschenkeln des Winkelprofils übergehen.
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Der oben erwähnte Außenschenkel des Fußabschnittes kann gegenüber dem Profilboden des Säulenabschnittes um einen Querversatz nach fahrzeuginnen versetzt sein. Der Querversatz wird mittels einer schräggestellten Übergangswand überbrückt, die materialeinheitlich und/oder einstückig sowohl am Außenschenkel des Fußabschnittes als auch am Profilboden der Säulenverkleidung anschließt. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Soll-Deformationsstelle speziell in der Übergangswand ausgebildet ist.
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Der Verlauf der beiden Sicken in der Soll-Deformationsstelle kann bevorzugt so gewählt sein, dass die Sicken die, den Profilboden und/oder den Außenschenkel begrenzenden Übergangskanten unterbrechen. Bei einem Seitencrash ist daher speziell an diesen Unterbrechungen die Seitenaufprallfestigkeit stark reduziert, wodurch an den Unterbrechungen die Deformation der Sicken injiziert wird.
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Die oben erwähnte wulstförmige Ausformung, die die Scheitelstelle zwischen den beiden Sicken bildet, ist im Seitencrashfall mit großen Zugspannungen belastet, die in der Fahrzeuglängsrichtung wirken. Diese Zugspannungen wirken einem Auswölben der wulstförmigen Ausformungen in der Fahrzeugquerrichtung entgegen und versteifen damit die Deformationszone.
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Die wulstförmige Ausformung ist erfindungsgemäß mit zumindest einer Einprägung versehen, die mit einer Prägetiefe von der wulstförmigen Ausformung in der Fahrzeugquerrichtung abragt. Mittels der Einprägung wird ein zusätzlicher Deformationsweg der wulstförmigen Ausformung in der Fahrzeuglängsrichtung bereitgestellt, wodurch eine zusätzliche Verformungsenergie abbaubar ist, mittels der die Einprägung ziehharmonikaartig auseinandergezogen wird, und zwar unter Aufbrauch der Prägetiefe der Einprägung.
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Im Hinblick auf eine einwandfreie Initiierung des Verformungsvorganges ist es von Vorteil, wenn die beiden Sicken an ihren Enden ineinander übergehen und jeweils endseitig die Übergangskanten des Verstärkungselementes unterbrechen. Auf diese Weise bilden die beiden Sicken eine gemeinsame Ringsicke, die bevorzugt durchgängig um die wulstförmige Ausformung sich erstreckt.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhafte Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können – außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines Fahrzeugs mit teilweisem Aufriss;
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2 in einer Detailansicht den Übergang einer B-Säule in den Bodenschweller der Rohbaukarosserie;
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3 in einer Teilansicht den Übergang vom Fußabschnitt in den Säulenabschnitt des Verstärkungselementes;
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4 eine Prinzipskizze, mit der der Deformationsverlauf beim Seitencrash angedeutet ist; und
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5 und 6 jeweils Schnittdarstellungen entlang der Schnittebenen I-I und II-II aus der 2.
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In der 1 ist ein Kraftfahrzeug gezeigt, bei dem in der Fahrzeuglängsrichtung x im mittleren Fahrzeugbereich in einem teilweisen Aufriss die Seitenwandbaugruppe einer Rohbaukarosserie hervorgehoben ist. Die Rohbaukarosserie weist einen nicht dargestellten unteren Fahrzeuglängsträger auf, der im Bereich der Fahrgastzelle in einen seitlichen Bodenschweller 1 übergeht. Die B-Säule 3 der Seitenwandbaugruppe ist in der Fahrzeuglängsrichtung x hinter einer A-Säule 5 angeordnet und verbindet in vertikaler Richtung z den Bodenschweller 1 mit einem Dach-Längsträger 7 eines Dachrahmens der Fahrzeugkarosserie.
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Die B-Säule 3 dient einerseits der Versteifung der seitlichen Karosserie und andererseits zur Aufnahme von Anbauteilen, etwa einem Gurtaufroller oder dergleichen. Die B-Säule 3 ist dabei als ein Hohlträger 9 (in der 1 nur gestrichelt angedeutet) ausgeführt, in dem ein in der 1 mit durchgezogenen Linien hervorgehobenes Verstärkungsblechteil 11 integriert ist. Mit Hilfe des im Hohlträger 9 integrierten Verstärkungsblechteiles 11 wird im Falle einer Seitenkollision die Seitenaufprallfestigkeit der B-Säule 3 erhöht.
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Gemäß der 1 weist das Verstärkungsblechteil 11 einen am Dach-Längsträger 7 bauteilsteif angebundenen Kopfabschnitt 13, einen am Bodenschweller 1 angebundenen Fußabschnitt 15 sowie einen sich dazwischen in der Vertikalrichtung z erstreckenden mittleren Säulenabschnitt 17 auf. Im Gegensatz zur bauteilsteifen Anbindung am Dach-Längsträger 7 ist im unteren Bereich der B-Säule 3 eine Soll-Deformationsstelle 19 vorgesehen, die in der 1 lediglich grob angedeutet ist. Wie später anhand der 4 beschrieben wird, ist im Seitencrashfall in der Soll-Deformationsstelle 19 eine Deformation der B-Säule 3 in der Fahrzeugquerrichtung y nach innen einleitbar.
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In der 2 ist in einer Detailansicht der Übergang vom Säulenabschnitt 17 in den Fußabschnitt 15 des Verstärkungsblechteiles 11 dargestellt sowie die Anbindung des Fußabschnittes 15 am Bodenschweller 1. Gemäß der 2 ist der Hohlträger 9 der B-Säule durch ein, in der 2 nur gestrichelt dargestelltes U-profilförmiges Außenblech 21 und durch ein ebenfalls gestrichelt angedeutetes Innenblech 23 aufgebaut. Die Befestigungsflansche 25 des Innen- und Außenbleches 21, 23 sind unter Zwischenlage eines Befestigungsflansches 27 des Verstärkungsblechteiles 11 miteinander verschweißt. Gemäß der 2 ist das Verstärkungsblechteil 11 im Säulenabschnitt 17 in etwa U-profilförmig ausgebildet, und zwar mit einer in der Fahrzeugquerrichtung y äußeren Bodenwand 29 sowie mit in der Fahrzeugquerrichtung y an Übergangskanten 31 nach innen abragenden Seitenflanken 33. Die beiden Seitenflanken 33 sind an freien Randkanten 35 mit den bereits erwähnten Befestigungsflanschen 27 abgewinkelt. Der U-profilförmige Säulenabschnitt 17 ist dabei in etwa dem ebenfalls U-förmigen Außenblech 21 konturangepasst.
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Der in der 2 gezeigte Fußabschnitt 15 ist als Winkelprofil ausgeführt, der mit horizontalen oberen Auflageschenkeln 37 auf der Oberseite 39 des Bodenschwellers 1 aufgesetzt ist. Die Auflageschenkel 37 gehen an Winkelprofilkanten 41 in einen vertikalen, flächigen Außenschenkel 43 über, der auf einer, in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen weisenden Außenwand 45 des Bodenschwellers 1 aufgesetzt ist. Die Bodenwand 29 des U-profilförmigen Säulenabschnittes 17 geht dabei in etwa flächenbündig in den Außenschenkel 43 des Winkelprofils über, während die Seitenflanken 33 des Säulenabschnittes 17 in die, in Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne und hinten ausgeweiteten Auflageschenkeln 37 übergehen.
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Unmittelbar am Übergang zwischen dem Säulenabschnitt 17 und dem Fußabschnitt 15 ist die Soll-Deformationsstelle 19 angeordnet. Die Soll-Deformationsstelle 19 weist zwei, in der Fahrzeughochrichtung z übereinander angeordnete Sicken 18 und 20 auf. Die Sicken 18, 20 erstrecken sich in der Fahrzeuglängsrichtung x und sind in das vollflächige Blechmaterial des Verstärkungsblechteiles 11 eingeprägt, und zwar ohne zusätzliche Materialaussparung oder sonstige spezielle Wärmebehandlung. Die beiden Sicken 18, 20 verlaufen in der Fahrzeuglängsrichtung x in etwa horizontal entlang der Profilbodenwand 29 und gehen an ihren Enden 22 ineinander über. Zudem unterbrechen die beiden Sicken 18, 20 mit ihren Enden 22 den ansonsten durchgängigen Verlauf der Übergangskanten 31.
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Wie aus den 2 und 3 weiter hervorgeht, sind die beiden Sicken 18, 20 über eine Scheitelstelle 24 voneinander in der Fahrzeughochrichtung z beabstandet. Die Scheitelstelle 24 ist in der 2 und 3 eine, in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen gewölbte wulstförmige Ausformung. Die wulstförmige Ausformung 24 ist in der Fahrzeuglängsrichtung x in etwa mittig mit einer Einprägung 26 versehen, die mit einer Prägetiefe Δt (6) in die Ausformung 24 eingeprägt ist. Wie aus den 2 und 3 weiter hervorgeht, bilden die beiden Sicken 18, 20 eine gemeinsame, um die Ausformung 24 laufende Ringsicke.
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Gemäß der 5 ist der Außenschenkel 43 des Fußabschnittes 25 gegenüber dem Profilboden 29 des Säulenabschnittes 17 um einen Querversatz Δy nach fahrzeuginnen versetzt. Der Querversatz Δy wird mit Hilfe einer schräggestellten Übergangswand 28 überbrückt, die materialeinheitlich und einstückig an den Fußabschnitt 15 und an den Säulenabschnitt 17 anschließt. Die beiden Sicken 18, 20 sind zur weiteren Reduzierung der Seitenaufprallfestigkeit unmittelbar in die Übergangswand 28 eingearbeitet, die sich um einen Höhenversatz Δz (5) zwischen dem unteren Fußabschnitt 15 und dem darüber angeordneten Säulenabschnitt 17 erstreckt. Die Sickentiefe der beiden Sicken 18, 20 ist dabei konstruktiv so ausgelegt, dass sie ausgehend von einer Mittelachse in Richtung auf die Übergangskanten 31 kontinuierlich reduziert wird.
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Anhand der 4 ist das Deformationsverhalten der B-Säule 3 im Seitencrashfall angedeutet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 4 lediglich das Verstärkungsblechteil 11 der B-Säule 3 gezeigt, während der Hohlträger 9 nicht eingezeichnet ist. Demzufolge wird bei der Beaufschlagung des Verstärkungsblechteils 11 mit einer Seitenkollisionskraft FA der Säulenabschnitt 17 im unteren Bereich unmittelbar am Bodenschweller 1 eine Deformation über einen Deformationsweg Δd injiziert. Die beiden Sicken 18, 20 sind dabei so ausgelegt, dass bei einer entsprechend großen Seitenkollisionskraft FA in einer zeitlichen Reihenfolge zunächst die untere Sicke 18 und anschließend die obere Sicke 20 verformt wird. Auf diese Weise wird der Säulenabschnitt 17 um den Deformationsweg Δd in einer Schwenkbewegung nach innen verlagert. Die bauteilsteife Anbindung am Dach-Längsträger 7 bildet dabei der Schwenkpunkt. Die Deformation des Verstärkungsblechteiles 11 ist somit alleine auf die unterhalb des angedeuteten Fahrzeugsitzes angeordnete Soll-Deformationsstelle 19 beschränkt.
