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Die Erfindung betrifft eine. Bodenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Die B-Säule einer Fahrzeugkarosserie ist in gängiger Praxis mit ihrem Säulenfuß an einem seitlichen Bodenschweller eines zweispurigen Kraftfahrzeuges angebunden. In einem Seitenkollisionsfall kann eine Seitenaufprallkraft zunächst in die B-Säule eingeleitet und über ihren Säulenfuß weiter in den Bodenschweller übertragen werden. Der Bodenschweller ist somit im Seitenkollisionsfall einer großen Belastung ausgesetzt, wodurch die Gefahr eines Materialbruches besteht, der für das Deformationsverhalten der Fahrzeugkarosserie ungünstig ist.
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Aus der
DE 10 2007 017 165 A1 ist eine Bodenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie bekannt, bei der der Bodenschweller ein Hohlträger mit einem Mehrkantprofil ist, bei dem Wandabschnitte des Schwellers an Längskanten zusammenlaufen. In der DE 10 2007 017 165 A1 ist der Bodenschweller in der Fahrzeugquerrichtung betrachtet durch ein inneres Profilteil und ein äußeres Profilteil aufgebaut, die an oberen und unteren Flanschverbindungen aneinandergefügt sind. Zur Erhöhung der Quersteifigkeit des Bodenschwellers im Seitenkollisionsfall ist ein Verstärkungsblechteil vorgesehen, das sich zwischen den oberen und unteren Flanschverbindungen des Bodenschwellers erstreckt. Das Verstärkungsblechteil bildet im Hohlraum des Bodenschwellers Versteifungsstege, die im Seitencrashfall die Quersteifigkeit des Bodenschwellers erhöhen und somit die Gefahr eines Materialbruches reduzieren.
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Die obige Maßnahme zur Reduzierung der Quersteifigkeit des Bodenschwellers ist jedoch hohem fertigungstechnischen Aufwand sowie mit hohem Bauteilaufwand verbunden, der im Hinblick auf das Fahrzeuggewicht nachteilig ist.
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Aus der
US 2012/0248825 A1 ist eine gattungsgemäße Bodenstruktur mit einem Türschweller bekannt, welcher aus einem äußeren Türschwellerelement und einem inneren Türschwellerelement besteht. Auf der äußeren Seite des äußeren Türschwellerelements ist ein Verstärkungselement in Form eine U-Profilträgers angebracht, welches, das äußere Türschwellerelement umschließt.
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Aus der
DE 10 2005 041 894 A1 ist ein Seitenschweller bekannt, der fünf Kammern aufweist, wobei der Seitenschweller in der ersten Kammer und in der dritten Kammer Verstärkungselemente aufweist. Die Verstärkungselemente sind vollständig umlaufend formschlüssig an der Innenseite des Holprofils anliegend.
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Aus der
DE 100 03 878 A1 ist ein Zusatzelement zur Verstärkung eines Schwellers bekannt. Das Zusatzelement besteht dabei aus einem inneren Profilteil und zwei äußeren Profilteilen. Das innere Profilteil wird von den beiden äußeren Profilteilen jeweils ungefähr zur Hälfte umfasst.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Bodenstruktur für eine Fahrzeugkarosserie bereitzustellen, bei der in einfacher Weise im Seitenkollisionsfall ein für den Fahrzeuginsassen günstiges Deformationsverhalten bereitstellbar ist.
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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 beruht allgemein auf der Erkenntnis, dass im Seitencrashfall die Krafteinwirkung speziell auf die Längskanten des Bodenschwellers am größten ist, während die an den Längskanten zusammenlaufenden (zum Beispiel ebenflächigen oder leicht gekrümmten) Wandabschnitte des Bodenschwellers eher nur in geringerem Maße mit den Seitenaufprallkräften beaufschlagt werden. Vor diesem Hintergrund weist der Bodenschweller zumindest eine entlang einer Bodenschweller-Längskante durchgängig verlaufende Verstärkung auf, mit der zielgerichtet die Quersteifigkeit des Bodenschwellers speziell an einer stark beanspruchten Längskante im Seitenkollisionsfall erhöht wird. Auf diese Weise erfolgt der Materialeinsatz zur Bildung der Verstärkung zielgerichtet nur an den stark beanspruchten Längskanten des Bodenschwellers, nicht jedoch an deren Umgebung, die ohnehin nur in geringerem Maße mit den Seitenaufprallkräften beaufschlagt werden, wodurch insgesamt trotz großer Quersteifigkeit das Bauteilgewicht des Bodenschwellers reduzierbar ist.
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Im Hinblick auf eine günstige Quersteifigkeit sind insbesondere die oberen und unteren Längskanten des Bodenschwellers von Bedeutung, die eine in etwa vertikal verlaufende Schwelleraußenwand begrenzen. Die Schwelleraußenwand kann an der unteren Längskante in eine Schwellerunterseite und an der oberen Längskante in eine Schwelleroberseite übergehen. Bevorzugt ist sowohl die äußere obere Längskante als auch die äußere untere Längskante des Bodenschwellers jeweils mit einer Verstärkung ausgebildet.
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Am Bodenschweller kann ein Säulenfuß eines Karosseriesäulenelementes (etwa die B-Säule) angebunden sein. Im Seitenkollisionsfall kann die Aufprallkraft zunächst in das Karosseriesäulenelement eingeleitet und anschließend über seinen Säulenfuß weiter auf den Bodenschweller geleitet werden. Entsprechend ist die Belastung des Bodenschwellers im Bereich des Säulenfußes im Seitenkollisionsfall am größten. Vor diesem Hintergrund ist die erfindungsgemäße Verstärkung speziell im Bereich der Säulenfußanbindung im Bodenschweller bereitzustellen. Die in der Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Verstärkung kann somit bevorzugt den Säulenfuß in der Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und nach hinten mit einem vorgegebenen Übermaß überragen.
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Der Bodenschweller begrenzt bodenseitig die Fahrgastzelle und erstreckt sich in der Fahrzeuglängsrichtung zwischen einer bodenseitigen Knotenstelle der A-Säule der Karosserie und einem hinteren Radhaus. Das Verstärkungselement erstreckt sich durchgängig zwischen der A-säulenseitigen Knotenstelle und dem hinteren Radhaus. Im Hinblick auf eine Reduzierung des Bauteilgewichtes des Bodenschwellers ist es jedoch von Vorteil, wenn die Verstärkung endseitig jeweils mit Abständen zur A-säulenseitigen Knotenstelle und zum hinteren Radhaus angeordnet ist.
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Die Endpunkte der zumindest einen Verstärkung im Bodenschweller sind dabei so positioniert, dass die Quersteifigkeit speziell im Bereich des Säulenfußes erhöht ist. Demgegenüber reduziert sich die Quersteifigkeit des Bodenschwellers in der Fahrzeuglängsrichtung außerhalb der Verstärkung stufenartig.
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Allgemein ist bekannt, dass sich im Seitenkollisionsfall in der Schwelleraußenwand Zugfalten bilden, und zwar unter Einwirkung von unfallbedingt auftretenden Zugspannungen an der Schwelleraußenwand. Die Lage der Zugfalten kann in Abhängigkeit von der Größe sowie der Ausrichtung der Kollisionskräfte variieren. Problematisch ist hierbei ein Verlauf der Zugfalten durch lokale Materialschwächungen, zum Beispiel einer Ausnehmung in der Schwellerwand. Bei einer solchen Überlagerung der Zugfalten mit Materialschwächungen im Bodenschweller besteht die Gefahr von Materialrissen, etwa an den Randkanten von Ausnehmungen. Derartige Ausnehmungen sind beispielhaft KTL-Löcher, die fertigungstechnisch bedingt im KTL-Lackierprozess notwendig sind.
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Im Stand der Technik bilden sich im Seitencrash die Zugfalten in der Fahrzeuglängsrichtung betrachtet an beliebiger, nicht exakt bestimmbarer Position und können diese sich an der Schwelleraußenwand zwischen den oberen und unteren Längskanten erstrecken.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Endpunkte der Verstärkungen an den oberen und unteren Längskanten der Schwelleraußenwand Ausgangspunkte bei der Entstehung der Zugfalten bilden. Dies liegt an der sprunghaften Reduzierung der Quersteifigkeit unmittelbar an den Verstärkungs-Endpunkten. Die von den Verstärkungs-Endpunkten ausgehende Zugfalte erstreckt sich dabei im Wesentlichen geradlinig. Auf diese Weise erfolgt die Bildung der solchen Zugfalte in einer vordefinierten Lage. Lokale Materialschwächungen, das heißt zum Beispiel die oben erwähnten Ausnehmungen, können daher mit vorgegebenen Sicherheitsabständen außerhalb einer gedachten Linie zwischen den obigen Verstärkungs-Endpunkten angeordnet werden, die den Zugfalten-Verlauf nachbildet, ohne dass die Gefahr einer Überlagerung mit Zugfalten gegeben ist.
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Die entlang der Bodenschweller-Längskante verlaufende Verstärkung kann in unterschiedlicher Weise technisch umgesetzt werden. Beispielhaft kann die Verstärkung eine Materialverdickung im Blechmaterial des Bodenschwellers sein. In diesem Fall geht das Blechmaterial des Bodenschwellers materialeinheitlich und/oder einstückig in die Verstärkung über. Im Unterschied dazu kann die Materialverdickung durch eine separate Verstärkungsleiste realisiert sein, die zum Beispiel im Inneneckbereich oder im Außeneckbereich der Längskante anbindbar ist, zum Beispiel durch Verschweißung. Die Verstärkungsleiste kann beispielhaft ein Winkelprofil sein, das formschlüssig am Innen- oder Außeneckbereich der Bodenschweller-Längskante anbindbar ist.
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Alternativ und/oder zusätzlich kann die Verstärkung durch eine Blechsicke realisiert sein, die sich im Nahbereich der Bodenschweller-Längskante sowie parallel dazu erstreckt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bodenschweller durch ein in der Fahrzeugquerrichtung betrachtet inneres Profilteil und ein äußeres Profilteil gebildet. Die beiden Profilteile können jeweils im Querschnitt U-förmig ausgebildet sein und an oberen sowie unteren Flanschverbindungen aneinander gefügt sein.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften 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 sind nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 in einer Seitenansicht ein Fahrzeug mit teilweisem Aufriss;
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2 eine Teilschnittansicht entlang der Schnittebene I-I aus der 1;
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3 in einer perspektivischen Teilansicht den Bodenschweller mit Übergängen zur A-Säule und zum hinteren Radhaus;
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4 in einer Teilansicht von vorne den Bodenschweller im Seitenkollisionsfall; und
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Ansicht entsprechend der 2.
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In der 1 ist ein zweispuriges Kraftfahrzeug in Seitenansicht gezeigt, dessen Fahrzeugrohbau einen unteren Fahrzeuglängsträger aufweist, der im Bereich der Fahrgastzelle in einen seitlichen Bodenschweller 1 übergeht. Der Bodenschweller 1 erstreckt sich in etwa zwischen einer unteren Knotenstelle 3 einer A-Säule 5 und einem hinteren Radhaus 7. Die B-Säule 9 verbindet gemäß der 1 in der Fahrzeughochrichtung z den Bodenschweller 1 mit einem Dach-Längsträger 11 eines Dachrahmens der Fahrzeugkarosserie. Die B-Säule 9 dient einerseits der Versteifung der Seitengruppe der Karosserie und andererseits zur Aufnahme von Anbauteilen, etwa einem Gurtaufroller oder dergleichen. Die B-Säule 9 ist dabei, wie in der 3 angedeutet, als ein Hohlträger ausgeführt und weist einen Säulenfuß 13 auf, der am Bodenschweller 1 angebunden ist. In der 3 ist die B-Säule 9 insgesamt dreiteilig aufgebaut, und zwar mit einem nur gestrichelt angedeuteten U-profilförmigen Innenblechteil 15 sowie mit einem ebenfalls gestrichelt angedeuteten Außenblechteil 17. Die beiden Blechteile 15, 17 sind unter Zwischenlage eines weiteren Verstärkungsblechteiles 19 miteinander verschweißt. Das Verstärkungsblechteil 19 ist in der 3 nach unten unter Bildung des Säulenfußes 13 verlängert, der am Bodenschweller 1 angebunden ist. Zur Anbindung am Bodenschweller 1 weist der Säulenfuß 13 jeweils Auflageschenkel 21 auf, die auf der Oberseite 23 des Bodenschwellers 1 aufgesetzt sind. Zudem weist der Säulenfuß 13 einen flächigen Außenschenkel 25 auf, der auf einer, in der Fahrzeugquerrichtung y außen liegenden Schwelleraußenwand 27 des Bodenschwellers 1 aufgesetzt ist.
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Wie aus der 2 weiter hervorgeht, ist der Bodenschweller 1 in der Fahrzeugquerrichtung y betrachtet aus einem inneren Profilteil 29 und einem äußeren Profilteil 31 aufgebaut ist. Die beiden Profilteile 29, 31 sind einander zugewandte U-Profilteile, die an oberen und unteren Flanschverbindungen 33, 35 zusammengefügt sind. Die Schwelleraußenwand 27 geht dabei an einer oberen Längskante 37 in die Schwelleroberseite 23 und an einer unteren Längskante 39 in eine Schweller-Unterseite 41 über. Die an den oberen und unteren Längskanten 37, 39 des Bodenschwellers 1 gebildeten Inneneckbereiche sind gemäß der 2 durch Materialverdickungen 43, 44 verstärkt, mit denen die Quersteifigkeit des Bodenschwellers 1 im Seitenkollisionsfall erhöht werden kann.
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Die Materialverstärkungen 43, 44 können beispielhaft durch separate Verstärkungsleisten realisiert sein, die am Inneneckbereich des äußeren Profilteils 31 des Bodenschwellers 1 angeschweißt ist. Alternativ dazu kann die Materialverstärkung durch eine materialeinheitliche Erhöhung der Materialstärke des Blechmaterials des äußeren Profilteils 31 realisiert werden.
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Wie in der 3 gezeigt, erstrecken sich die beiden Materialverstärkungen 43, 44 in der Fahrzeuglängsrichtung x betrachtet durchgängig entlang der Längskanten 37, 39, und zwar im Bereich der Säulenfuß-Anbindung. Die beiden Verstärkungen 43, 44 sind dabei nicht bis unmittelbar an die A-Säule 5 und das hintere Radhaus 7 herangeführt. Vielmehr sind deren Endpunkte E1, E2 mit Abständen a1, a2 von der A-Säule 5 und dem hinteren Radhaus 7 beabstandet. Im Bereich der Materialverstärkungen 43, 44 ergibt sich eine erhöhte Quersteifigkeit, die im weiteren Verlauf in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne und nach hinten an den Endpunkten E1 und E2 schlagartig reduziert ist.
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Aufgrund der schlagartigen bzw. stufenartigen Reduzierung der Quersteifigkeit an den Endpunkten E1, E2 bilden diese im Seitencrashfall jeweils Ausgangspunkte bei der Bildung von Zugfalten 47, wie sie in der 4 angedeutet sind. Derartige Zugfalten 47 entstehen im Seitenkollisionsfall unter Einwirkung von unfallbedingten Zugspannungen auf die Schwelleraußenwand 27. Die Endpunkte E1 und E2 der Verstärkungen 43, 44 bilden Sollbiegestellen, ausgehend von denen die Bildung der Zugfalten 47 startet.
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Wie aus der 3 und 4 weiter hervorgeht sind in der Schwelleraußenwand 27 Ausnehmungen 49 ausgebildet, zum Beispiel KTL-Löcher, die fertigungstechnisch bedingt erforderlich sind. Die Lage dieser Ausnehmungen 49 ist dabei so gewählt, dass es zu keiner Überlagerung mit den Zugfalten 47 kommt, die sich gemäß der 4 in etwa geradlinig zwischen den Endpunkten E1 und E2 der beiden Materialverstärkungen 43, 44 erstrecken. Vor diesem Hintergrund sind die Ausnehmungen 49 mit Sicherheitsabständen s außerhalb einer strichpunktierten, geradlinigen Linien 51 (3) angeordnet, die den Verlauf der im Seitenkollisionsfall gebildeten Zugfalte 47 lagesicher nachbilden kann..
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In der 5 sind die Verstärkungen 43, 44 nicht durch Materialverdickungen gebildet, sondern anstelle dessen durch Blechsicken realisiert, die sich parallel sowie im Nahbereich zu den Längskanten 37, 39 der Schwelleraußenwand 27 erstrecken.
