DE19720640A1

DE19720640A1 - Längsträger einer Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE19720640A1
Application number: DE1997120640
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl Ing Christlein; Martin Dipl Ing Kruse; Lars Dipl Ing Schueler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1997-10-02
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: DE19720640C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Längsträger einer Fahrzeugkarosserie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein bekannter gattungsgemäßer Längsträger einer Fahrzeugkarosserie (DE-OS 25 42 974) besteht aus einer Unterschale und einer Oberschale, die an zugeordneten, gegenüberliegenden Schalenrändern zu einem Hohlträger verbunden sind. Die Unterschale und Oberschale sind hier jeweils in her kömmlicher Bauweise als Blechtiefziehteile ausgebildet und über Schweiß flansche an den Schalenrändern miteinander verschweißt. Ein solcher Längsträger ist als vorderer oder hinterer Längsträger an Fahrzeugkarosse rien verwendbar und soll bei einem Frontalaufprall bzw. Heckaufprall Energie dadurch umwandeln, daß sich der Träger kontrolliert und ohne Ausknicken durch Arbeitsaufnahme verkürzt. Dies soll hier insbesondere durch eine Querschnittsverjüngung erreicht werden. Karosserien und ins besondere auch solche Längsträger als herkömmliche Blechkonstruktionen sind relativ schwer und korrosionsanfällig.

Es sind daher bereits Fahrzeugkarosserien für Personenkraftwagen aus Leichtmetall bekannt, deren Tragstruktur mit Längsträgern aus Hohlprofi len besteht, die durch Knotenelemente miteinander verbunden sind. Die Hohlprofile sind dabei als Leichtmetall-Strangprofile und die Knotenele mente als Leichtmetall-Gußteile ausgebildet (EP 0 146 716 B1). Mit einer solchen Konstruktion werden geringe Karosseriegewichte und Verbesse rungen beim Korrosionsschutz erreicht.

Ein für eine solche Karosseriekonstruktion geeigneter, bekannter Längsträ ger (DE 42 24 489 C2) ist rohrförmig als Leichtmetallstrangpreßprofil hergestellt, wobei im Profilhohlraum eine Längsstegwand zur Erhöhung der Energieaufnahme im Falle eines Aufpralls eingeformt ist. Durch die vorgegebene Strangrichtung in Längsrichtung des Längsträgers sind die Dimensionierungsmöglichkeiten für eine individuelle Trägergestaltung und Trägeranpassung an spezielle Gegebenheiten, insbesondere wenn im Trä ger Bögen vorliegen, beschränkt.

Ein weiterer bekannter Längsträger in der Tragstruktur einer Fahrzeugka rosserie aus Leichtmetall (EP 0 530 594 B1, Fig. 2) ist als integraler Be standteil eines Trägerverbunds hergestellt. Der Längsträger selbst ist dabei aus einem flachen Leichtmetallstrangpreßprofil mit beabstandeten Wänden und einer Diagonalverrippung durch Ablängen eines kurzen Strangstrei fens hergestellt, wobei die Strangrichtung im montierten Zustand des Längsträgers in Fahrzeugquerrichtung verläuft. Durch diese Herstellungs weise hat der Längsträger eine offene Rippenstruktur und stellt keinen Hohlträger dar. Damit ist auch hier eine Anpassung und Dimensionierung an spezielle Gegebenheiten nur beschränkt möglich.

Zudem ist ein Deformationselement als Typschadenelement zur Aufnahme relativ geringer Aufprallenergien bekannt (Patent Abstracts of Japan, Publication Number: 01063479 A). Ein solches Deformationselement ist jeweils zwischen einem Stoßfänger und angrenzenden Längsträgern einge setzt und besteht hier aus einer Längsreihe von aneinandergefügten Wa benabschnitten, deren Wabenachsen in Fahrzeugquerrichtung verlaufen. Als Längsträger mit erforderlicher hoher Biege- und Torsionssteifigkeit so wie hoher Energieaufnahme bei einem Aufprall ist eine solches Deforma tionselement nicht geeignet.

Es ist weiter ein Material zur Zerstreuung und Absorption von Aufprall energie zur Verwendung in einem Fahrzeug bekannt, das aus einem Stapel von gitterförmigen Körpern besteht. Jeder Gitterkörper weist dabei eine wabenförmige, zellenartige Grundstruktur auf, wobei diese Zellen mit einem verformbaren Schaumstoff gefüllt und ausgesteift sind. Die gitter förmigen Körper sind gegeneinander versetzt stapelförmig angeordnet, so daß die Wände bei einer Stoß- oder Druckkraft scherförmig ineinander und in die Kunststoff-Füllungen dringen, wobei zur Energieabsorption der Schaumstoff zusammengepreßt und abgeschert wird. Für die Energieab sorption hoher Aufprallenergien, wie sie bei einem Aufprall in Längsträ gern auftreten, ist ein solches Material unzureichend.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Längsträger einer Fahrzeugkarosserie so weiterzubilden, daß ein gewichtsgünstiger Längs träger mit hoher Biege- und Torsionssteifigkeit sowie verbesserten Korro sionseigenschaften geschaffen wird, der ein kontrolliertes, vorbestimmtes Beulverhalten im Crashfall aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 weisen die Unterschale und die Oberschale zumindest teilweise je eine Diagonalverrippung auf. Diese Diagonalverrippung ist in der Unterschale gegenphasig zur Diagonalverrippung in der Oberschale angeordnet.

Durch diese gegenphasige Anordnung der Diagonalverrippung in Verbin dung mit dem schalenförmigen Aufbau ergibt sich ein Längsträger mit ho her Steifigkeit, bei dem insbesondere die Gefahr eines Ausknickens im Falle eines Aufpralls reduziert ist. Zudem stehen mit einer solchen Kon struktion eine Vielzahl von Dimensionierungsparametern zur Anpassung an unterschiedliche Gegebenheiten zur Verfügung: insbesondere können solche Anpassungen durch unterschiedliche Lagen und Winkel der Diago nalverrippungen in Verbindung mit der Rippensteifigkeit durchgeführt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 2 ist eine Diagonalverrippung je eine sägezahnförmige, zwischen den jeweiligen Schalenseitenwänden verlaufende Bandstruktur, deren Bandwände gleich gerichtet auf den jeweiligen Schalenboden sind. Somit ist die Diagonalver rippung mit den Sägezahnspitzen jeweils innen an den Schalenseitenwän den und mit einer Bandlängskante am Schalenboden verbunden und dort abgestützt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bandbreite gerin ger als die Tiefe der zugeordneten Unterschale bzw. Oberschale, so daß zwischen den Diagonalverrippungen ein Abstand besteht. Bei einer Ausfüh rungsform mit einer Bandbreite entsprechend der Tiefe der zugeordneten Unterschale bzw. Oberschale liegen die gegenphasig verlaufenden, gegen einanderweisenden Bandlängskanten der beiden Diagonalverrippungen in einem mittleren Längsträgerbereich bei verbundener Unterschale und Oberschale jeweils punktförmig aneinander.

Mit einer solchen Ausführungsform sind die vorstehend genannten Träger eigenschaften besonders gut erreichbar. Zudem können bei einer solchen Ausführungsform die Unterschale und/oder oder die Oberschale zusammen mit der Diagonalverrippung gemäß Anspruch 3 als gewichtsgünstige und korrosionsbeständige Leichtmetallgußteile hergestellt werden.

Die Verbindung der Unterschale und Oberschale zum Längsträger erfolgt gemäß Anspruch 4 insbesondere auch bei Leichtmetallgußteilen durch Verschweißen der aneinanderliegenden Schalenränder.

Besonders geeignet ist der erfindungsgemäße Längsträgeraufbau gemäß Anspruch 5 für einen vorderen Längsträger, dessen vorderes Ende unmit telbar oder mittelbar über ein Deformationselement als Typschadenelement mit einem Stoßfänger und dessen hinteres Ende unmittelbar oder mittelbar über einen Trägerbogen mit einem Seitenschweller verbunden sind. Dabei nimmt der Längsträger von vorne nach hinten im Durchmesser zu.

Der vordere langgestreckte Bereich des vorderen Längsträgers liegt bei üb lichen Personenwagenkarosserien wegen des zugeordneten Radhauses und des Radantriebs höher und zur Fahrzeugmitte versetzt gegenüber dem an schließenden Seitenschweller, so daß regelmäßig ein bogenförmiger Trä gerverlauf zur Verbindung erforderlich ist. Dieser Trägerbogen stellt be kanntlich eine problematische Schwachstelle im Falle eines Frontalauf pralls dar, da die Energieabsorption hier nicht gradlinig in Fahrzeuglängs richtung erfolgt. Im Bereich des Trägerbogens besteht die erhöhte Gefahr, daß der Träger ausknickt, insbesondere nach oben wegdreht, wodurch die Energieaufnahme schlagartig wesentlich reduziert wird und zudem der Längsträger möglicherweise in den Fußraum eindringen kann. Durch den vorstehend erläuterten, erfindungsgemäßen Aufbau des vorderen Längs trägers erfolgt eine Energieaufnahme und Energieumwandlung alleine im vorderen, mit der Diagonalverrippung versehenen Bereich des Längsträ gers, wobei durch die gegenphasige Anordnung der Diagonalverrippung der Längsträger nicht nach oben wegdrehen kann. Somit wird eine hohe Energieabsorption erreicht, ohne daß der Längsträger in den Fußraum ein dringen kann.

In Verbindung mit der grundsätzlichen Anordnung und Geometrie eines solchen Längsträgers bestehen gemäß Anspruch 6 durch Variation der Wandstärken der Schalenwände und/oder der Diagonalverrippungen weite re Dimensionierungsmöglichkeiten zur Anpassung an spezielle Gegeben heiten.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nä her erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Tragstruktur eines Personen kraftwagens mit einem linken vorderen Längsträger,

Fig. 2 den Längsträger aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 eine Diagonalverrippung im Längsträger, und

Fig. 4 die Diagonalverrippung nach Fig. 3 in einer Draufsicht.

In Fig. 1 ist eine Tragstruktur 1 einer Personenwagenkarosserie im Bereich eines Vorderwagens dargestellt mit einem linken, vorderen Längsträger 2, einem linken Seitenschweller 3, einem linken A-Pfosten 4, einem Stoßfän ger 5, einem unteren Fensterquerträger 6, einer Kotflügelbank 7 und einem linken Vorderrad 8.

Der Längsträger 2 ist über ein Deformationselement 9 als Typschadenele ment an seinem vorderen Ende mit dem Stoßfänger 5 verbunden. Der hin tere Trägerbereich ist als Trägerbogen 10 ausgebildet, der die unterschied lichen Höhen und Querlagen des Längsträgers 2 und des Seitenschwellers 3 überbrückt und verbindet. Der Trägeraufbau wird im einzelnen anhand der vergrößerten Darstellungen nach den Fig. 2 bis 4 erläutert.

Der Längsträger 2 besteht aus einer Unterschale 11 und einer Oberschale 12. Die Unterschale 11 und die Oberschale 12 sind mit ihren zugeordneten und gegenüberliegenden Schalenrändern 13, 14 zum Längsträger 2 als Hohlträger verschweißt.

Die Unterschale 11 und die Oberschale 12 enthalten die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Diagonalverrippungen 15, 16. Die Diagonalverrippungen 15, 16 weisen jeweils eine sägezahnförmige, zwischen den jeweiligen Schalen seitenwänden 17 und 18 sowie 19 und 20 verlaufende Bandstruktur auf, wobei die Bandwände 21 sowie 22 jeweils auf den zugeordneten Schalen boden 23 bzw. 24 gerichtet sind. Die Unterschale 11 und Oberschale 12 sind zusammen mit den Diagonalverrippungen 15, 16 als Leichtmetallguß teile hergestellt, die mit dem angegebenen Aufbau einfach entformbar sind.

Die Bandbreite der Bandstruktur entspricht der jeweiligen Schalentiefe. Die Diagonalverrippungen 15, 16 sind mit ihren Sägezahnspitzen 25, 26 jeweils innen an den Schalenseitenwänden 17, 18 und 19, 20 verbunden und mit einer Bandlängskante jeweils mit dem angrenzenden Schalenboden 23, 24.

Wie insbesondere aus der Draufsicht nach Fig. 4 ersichtlich, verlaufen die Diagonalverrippungen 15, 16 gegenphasig, wobei die gegeneinanderwei senden Bandlängskanten bei beiden Diagonalverrippungen 15, 16 bei ver bundener Unterschale 11 und Oberschale 12 jeweils an Abstützpunkten 27 in einem mittleren Längsträgerbereich aneinanderliegen.

Der Längsträger 2 nimmt von vorne nach hinten im Durchmesser zu und die Diagonalverrippungen 15, 16 liegen im wesentlichen in einem vorderen Trägerbereich vor dem Trägerbogen 10. Aufgrund dieser Ausgestaltung erfolgt bei einem Frontalaufprall eine Energieumwandlung im wesentlichen alleine im vorderen Bereich der Diagonalverrippungen 15, 16, wobei durch die gegenphasige Anordnung der Diagonalverrippungen 15, 16 der Längs träger 2 nicht nach oben wegdreht. Diese Stabilität kann weiter dadurch unterstützt werden, daß in Anpassung an die speziellen Gegebenheiten an einer bestimmten Tragstruktur die Wandstärken variiert werden, was bei den verwendeten Leichtmetallgußteilen einfach möglich ist.

Claims

1. Längsträger einer Fahrzeugkarosserie,
bestehend aus einer Unterschale (11) und einer Oberschale (12), die an zugeordneten Schalenrändern (13, 14) zu einem Hohlträger verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterschale (11) und die Oberschale (12) zumindest teilweise je eine Diagonalverrippung (15, 16) aufweisen, und die Diagonalverrip pung (15) in der Unterschale (11) gegenphasig zur Diagonalverrippung (16) in der Oberschale (12) angeordnet ist.

2. Längsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dia gonalverrippungen (15, 16) je eine sägezahnförmige, zwischen den je weiligen Schalenseitenwänden verlaufende Bandstruktur aufweisen, deren Bandwände (21, 22) gleichgerichtet auf den jeweiligen Schalen boden (23, 24) sind, so daß die Diagonalverrippungen (15, 16) mit den Sägezahnspitzen (25, 26) jeweils innen an den Schalenseitenwänden (19, 20) und mit einer Bandlängskante am Schalenboden (23, 24) ver bunden sind und sich dort abstützen.

3. Längsträger nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Unterschale (11) und/oder die Oberschale (12) zusammen mit der zugeordneten Diagonalverrippung (15, 16) als Leichtmetallguß teil hergestellt sind.

4. Längsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß die Unterschale (11) und Oberschale (12) an ihren zugeordne ten und gegenüberliegenden Schalenrändern (13, 14) verschweißt sind.

5. Längsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net,
daß der Längsträger ein vorderer Längsträger (2) ist, dessen vorderes Ende unmittelbar oder mittelbar über ein Deformationselement (9) als Typschadenelement mit einem Stoßfänger (5) und dessen hinteres Ende unmittelbar oder mittelbar über einen Trägerbogen (10) mit einem Seitenschweller (3) verbunden ist, und
daß der Längsträger (2) von vorne nach hinten im Durchmesser zu nimmt.

6. Längsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß die Wandstärken der Schalenwände und/oder der Diagonal verrippung der Unterschale und/oder Oberschale unterschiedlich di mensioniert sind.