DE19731284A1 - Hollow bearer, especially A=column of motor vehicle - Google Patents

Hollow bearer, especially A=column of motor vehicle

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DE19731284A1 DE1997131284 DE19731284A DE19731284A1 DE 19731284 A1 DE19731284 A1 DE 19731284A1 DE 1997131284 DE1997131284 DE 1997131284 DE 19731284 A DE19731284 A DE 19731284A DE 19731284 A1 DE19731284 A1 DE 19731284A1
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Abstract

The hollow bearer (11), which is responsive to bending, has inside it a number of stiffening elements (16) which connect the opposite wall regions of the bearer to each other. This stabilises the cross section of the bearer. The spacing (d1-dx) of the individual stiffening elements is set to correspond the bend response over the length of the bearer. The stiffening elements are in the form of bulkhead walls running perpendicularly to the neutral line (18) of the bearer.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hohlträger nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.The invention relates to a hollow support according to the preamble of the saying 1.

Aus der DE 36 21 697 C2 ist ein derartiger Hohlträger bekannt, der als Aufprallträ­ ger für eine Seitentür eines Kraftfahrzeuges ausgebildet ist. Die innenliegenden Versteifungselemente verbinden den türaußenseitigen Druckgurt des Aufprallträ­ gers mit dem türinnenseitigen Zuggurt, so daß eine Steifigkeitserhöhung erreicht wird. Die Versteifungselemente werden beispielsweise von einer Wabenstruktur oder einem Verbund aus Rohrstücken gebildet. Aus der DE 24 10 228 B2 sind darüber hinaus zickzackförmige Versteifungselemente für einen Aufprallträger einer Kraftfahrzeugtür bekannt.Such a hollow beam is known from DE 36 21 697 C2, which acts as an impact beam ger is designed for a side door of a motor vehicle. The inside Stiffening elements connect the pressure belt on the outside of the impact beam gers with the inside door tension belt, so that an increase in rigidity is achieved becomes. The stiffening elements are, for example, a honeycomb structure or a composite of pipe pieces. From DE 24 10 228 B2 are in addition, zigzag-shaped stiffening elements for an impact beam a motor vehicle door known.

Aufgabe der Erfindung ist es, den bekannten Hohlträger weiterzuentwickeln, um eine hohe Biegesteifigkeit und eine geringe Knickneigung bei geringem Gewicht zu erreichen.The object of the invention is to further develop the known hollow beam in order a high bending stiffness and a low tendency to buckle with low weight to reach.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Gegenüber den bekannten Hohlträgern, bei denen das Versteifungselement in Form eines zusam­ menhängenden Elementes über einen Teil der Länge oder die gesamte Länge des Hohlträgers ausgebildet ist, werden in den erfindungsgemäßen Hohlträger an defi­ nierten Stellen bevorzugt mehrere Versteifungselemente entsprechend der tat­ sächlich über der Längserstreckung des Trägers auftretenden Biegebelastung (und der daraus resultierenden Beanspruchung auf Knickung) eingesetzt. Die auftre­ tende Biegespannung bestimmt selbstverständlich auch den Abstand der Verstei­ fungselemente von den Enden des Hohlträgers. Hierdurch ergibt sich eine gezielte Verteilung der Versteifungselemente mit dem Vorteil eines möglichst geringen Gesamtgewichtes bei geringer Neigung des Querschnitts zum Ausknicken oder Beulen.This object is solved by the features of claim 1. Compared to the known hollow beams, in which the stiffening element in the form of a hanging element over part of the length or the entire length of the Hollow beam is formed, are defi in the hollow beam according to the invention preferred places several stiffening elements according to the fact  The bending stress occurring above the longitudinal extent of the beam (and the resulting stress on buckling). The appearing The bending stress naturally also determines the spacing of the reinforcement tion elements from the ends of the hollow beam. This results in a targeted Distribution of the stiffening elements with the advantage of being as small as possible Total weight with a slight inclination of the cross section to buckle or Dents.

Die oben angeführten bekannten Biegeträger sind in erster Linie hinsichtlich eines hohen Energieaufnahmevermögens zum gezielten Abbau von Kollisionsenergie ausgelegt. Der erfindungsgemäße Hohlträger hingegen ist für eine Anwendung als Biegeträger konzipiert, mit einem Zuggurt auf der kraftzugewandten Seite und einem Druckgurt auf der kraftabgewandten Seite. Nachdem derartige Biegeträger überwiegend durch Versagen des Druckgurtes ausfallen, wird durch die gezielte Anordnung der Versteifungselemente eine Reduzierung der Knicklängen des Druckgurtes in einer Weise erreicht, daß die verbleibenden Knicklängen auf unkri­ tische Werte reduziert werden. Die Anzahl und die Positionierung der Versteifungs­ elemente kann rechnerisch ermittelt werden.The known bending supports mentioned above are primarily with regard to one high energy absorption capacity for the targeted reduction of collision energy designed. The hollow beam according to the invention, however, is for an application as Bending beam designed with a tension belt on the side facing the force and a pressure belt on the side facing away from the power. After such bending beams mainly fail due to failure of the pressure belt, is due to the targeted Arrangement of the stiffening elements a reduction in the buckling lengths of the Druckgurtes achieved in such a way that the remaining kink lengths on unkri table values can be reduced. The number and positioning of the stiffening elements can be calculated.

Schottwände gemäß Anspruch 2 sind mit geringem Material- und damit Gewichts­ aufwand in einen Hohlträger einzubringen. Durch die Ausrichtung der Schottwände senkrecht zur neutralen Faser des Hohlträgers werden die Schottwände bestmög­ lich, nämlich "radial", an die einander gegenüberliegenden Wandbereiche des Hohlträgers angebunden. Eine derartige Anordnung bietet auch Vorteile bei wech­ selnden Kraftangriffsrichtungen, wenn die beiden gegenüberliegenden Wandberei­ che wechselweise sowohl auf Zug als auch auf Druck beansprucht werden.Bulkheads according to claim 2 are of low material and thus weight effort to bring into a hollow beam. By aligning the bulkheads the bulkheads are made as good as possible perpendicular to the neutral fiber of the hollow beam Lich, namely "radial" to the opposite wall areas of the Tied hollow beam. Such an arrangement also offers advantages at WECH blinding force application directions when the two opposite wall areas che alternately both under tension and pressure.

Zwar ist aus der DE 41 13 711 A1 ein Hohlträger bekannt, dessen Schottwände etwa senkrecht zu den gegenüberliegenden Wandbereichen verlaufen. Der be­ kannte Hohlträger dient der Energieumwandlung bei einer Krafteinleitung in Rich­ tung senkrecht zu seiner Längserstreckung. Die Schottwände sind zumindest ab­ schnittsweise gewölbt, um ein gezieltes Verbiegen der Schottwände bei einer Krafteinleitung in Richtung der Schottwand zu erreichen. Im Unterschied hierzu ist bei den Schottwänden des erfindungsgemäßen Hohlträgers eine Verformung un­ erwünscht, da ihnen die Aufgabe zukommt, den Querschnitt des Hohlträgers zu erhalten, um damit den Hohlträger zu stabilisieren. Die Schottwände des bekann­ ten Hohlträgers hingegen, die zudem in gleichen Abständen zueinander angeord­ net sind, bewirken keine Reduzierung der freien Knicklänge.A hollow beam is known from DE 41 13 711 A1, the bulkhead walls of which run approximately perpendicular to the opposite wall areas. The be Known hollow beam is used for energy conversion when force is applied in Rich tion perpendicular to its longitudinal extent. The bulkheads are at least off curved in sections to allow the bulkheads to be bent in a targeted manner Force transmission towards the bulkhead. The difference is a deformation in the bulkheads of the hollow beam according to the invention  desirable because they have the task of increasing the cross section of the hollow beam obtained in order to stabilize the hollow beam. The bulkheads of the known ten hollow beam, however, which are also arranged at equal distances from each other net, do not reduce the free kink length.

Anspruch 3 beschreibt die idealisierte Ausführungsform eines einseitig einge­ spannten Biegeträgers, bei dem entsprechend dem Biegemomentenverlauf der Abstand der Schottwände mit zunehmender Entfernung von der Krafteinleitungs­ stelle zunimmt. Hiermit wird eine gleichbleibende Knicksteifigkeit über der Länge des Hohlträgers erreicht, ohne das Erfordernis einer Erhöhung der Wandstärke des Biegeträgers über seiner Längserstreckung, wie dies bei fehlenden Schott­ wänden oder äquidistant angeordneten Schottwänden notwendig wäre.Claim 3 describes the idealized embodiment of a one-sided tensioned bending beam, in which according to the bending moment curve Distance of the bulkheads with increasing distance from the force application place increases. This ensures a constant stiffness over the length of the hollow beam is achieved without the need to increase the wall thickness of the bending beam over its longitudinal extent, as is the case with the bulkhead missing walls or equidistant bulkheads would be necessary.

Anspruch 4 beschreibt eine mögliche Anwendung der Erfindung bei Säulen oder Pfosten von Kraftfahrzeugen. Insbesondere die A-Säule eines Kraftfahrzeuges kann durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Hohlträger mit geringem Ge­ wicht und hoher Steifigkeit dargestellt werden. Bei einem Überschlag werden in die A-Säule eines Kraftfahrzeuges im Bereich der Anbindung an die Dachstruktur hohe Querkräfte eingeleitet. Aus diesem Grund muß die A-Säule eine entsprechend hohe Biegesteifigkeit aufweisen, um unter dieser Belastung nicht einzuknicken. Besondere Bedeutung hat die Steifigkeit der A-Säule bei oben offenen Fahrzeugen. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung einer A-Säule mit hoher Knicksteifigkeit unabhängig von der Belastungsrichtung wird eine hohe Steifigkeit unabhängig von den unterschiedlichen möglichen Belastungsformen bei einem Fahrzeugüberschlag erreicht.Claim 4 describes a possible application of the invention to columns or Posts of motor vehicles. In particular the A pillar of a motor vehicle can by a hollow beam designed according to the invention with low Ge important and high rigidity. In the event of a rollover, A pillar of a motor vehicle in the area of connection to the roof structure high Lateral forces initiated. For this reason, the A-pillar must have one accordingly have high bending stiffness so as not to buckle under this load. The stiffness of the A-pillar is particularly important for those that are open at the top Vehicles. The inventive design of an A-pillar with high Buckling stiffness regardless of the direction of loading becomes high stiffness regardless of the different possible forms of stress on one Rollover reached.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Darstellungen näher erläu­ tert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below with the aid of schematic representations tert. It shows:

Fig. 1 einen einseitig eingespannten Biegeträger mit der Darstellung des Mo­ menten- und Spannungsverlaufes und Fig. 1 is a cantilever clamped with the representation of the moment and stress curve and

Fig. 2 einen als A-Säule ausgebildeten Hohlträger mit innenliegenden Schott­ wänden. Fig. 2 walls formed as an A-pillar hollow support with internal bulkhead.

Fig. 1 zeigt einen einseitig eingespannten Hohlträger 1 mit einer Gesamtlänge lges, an dessen freiem Endabschnitt 2 eine Kraft F angreift. Der oben liegende Wandbereich des Hohlträgers 1 wird im vorliegenden Lastfall auf Zug beansprucht (Zuggurt 3), während der untenliegende Wandabschnitt als Druckgurt 4 wirkt. Zur Veranschaulichung ist der Spannungsverlauf σ in den Querschnitt des Hohlträgers 1 eingezeichnet. Entsprechend dem Moment M = F × l nimmt die Biegebeanspru­ chung des Hohlträgers 1 in Richtung auf die Einspannungsstelle 5 des Hohlträgers 1 linear zu. Die Beanspruchung innerhalb des Zuggurtes 3 bzw. des Druckgurtes 4 ist durch Pfeile 8 bzw. 9 symbolisiert. Fig. 1 shows a hollow beam 1 clamped on one side with a total length l ges , on the free end portion 2 a force F acts. The top wall area of the hollow beam 1 is subjected to tension in the present load case (tension belt 3 ), while the bottom wall section acts as a compression belt 4 . For illustration, the stress curve σ is shown in the cross section of the hollow beam 1 . Accordingly, the moment M = F × l assumes the Biegebeanspru monitoring of the hollow beam 1 in the direction of the Einspannungsstelle 5 of the hollow-core slab 1 linearly. The stress within the tension belt 3 and the compression belt 4 is symbolized by arrows 8 and 9 .

Durch Einsetzen eines Versteifungselementes in Form einer Schottwand 6 kann die freie Knicklänge l* des Hohlträgers 1 reduziert werden. Die Wirkung der Schottwand 6 ist durch die Pfeile 7 anschaulich dargestellt, die einen Kraftfluß vom Druckgurt 4 zum Zuggurt 3 symbolisieren.By inserting a stiffening element in the form of a bulkhead 6 , the free buckling length l * of the hollow beam 1 can be reduced. The effect of the bulkhead 6 is clearly illustrated by the arrows 7 , which symbolize a flow of force from the pressure belt 4 to the tension belt 3 .

Fig. 2 zeigt einen Hohlträger 11, der als A-Säule eines Kraftfahrzeuges ausgebil­ det ist. Mehrere Versteifungselemente in Form von Schottwänden 16, die senk­ recht zur neutralen Faser 18 des Hohlträgers 11 angeordnet sind, reduzieren die freie Knicklänge der A-Säule 11. Der Abstand d1 bis dx zwischen den einzelnen Schottwänden 16 nimmt dabei mit zunehmender Entfernung von der Krafteinlei­ tungsstelle 12 ab. Hierdurch wird mit geringem Materialeinsatz eine hohe Biege­ steifigkeit erreicht. Fig. 2 shows a hollow beam 11 which is ausgebil det as an A-pillar of a motor vehicle. Several stiffening elements in the form of bulkheads 16 , which are arranged perpendicular to the neutral fiber 18 of the hollow beam 11 , reduce the free buckling length of the A-pillar 11 . The distance d 1 to d x between the individual bulkheads 16 decreases with increasing distance from the power line 12 . As a result, a high bending stiffness is achieved with little use of material.

Die Schottwände können beispielsweise durch Schweißung oder Klebung in den Hohlträger eingesetzt werden. Das Material der Schottwände ist entsprechend den Anforderungen an die Festigkeit und je nach gewählter Verbindungstechnik auf das Material des Hohlträgers abzustimmen. So bestehen die Schottwände in vielen Fällen aus demselben Material wie der Hohlträger. Ebenso können in einen Hohl­ träger aus Stahl beispielsweise auch Schottwände aus Aluminium oder Kunststoff (bei entsprechenden Materialstärken) eingesetzt werden.The bulkheads can be welded or glued into the Hollow beams can be used. The material of the bulkheads is according to the Strength requirements and depending on the connection technology selected to coordinate the material of the hollow beam. So there are many bulkheads Cases made of the same material as the hollow beam. Likewise, in a hollow Beams made of steel, for example, bulkheads made of aluminum or plastic (with appropriate material thicknesses).

Claims (4)

1. Hohlträger mit wenigstens einem innenliegenden Versteifungselement, das gegenüberliegende Wandbereiche des Hohlträgers miteinander verbindet dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement (6) bzw. die Verstei­ fungselemente (16) entsprechend der auftretenden Biegebeanspruchung mit definierten Abständen (d1 bis dx) zu den Endabschnitten des Hohlträgers (1; 11) und/oder zueinander angeordnet ist bzw. sind.1. Hollow beam with at least one internal stiffening element that connects opposite wall areas of the hollow beam to each other, characterized in that the stiffening element ( 6 ) or the stiffening element ( 16 ) according to the bending stress occurring with defined distances (d 1 to d x ) to the end sections of the hollow support ( 1 ; 11 ) and / or to one another. 2. Hohlträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungselemente (6; 16) von Schott­ wänden gebildet werden, die senkrecht zur neutralen Faser (18) des Hohl­ trägers (1; 11) verlaufen.2. Hollow beam according to claim 1, characterized in that the stiffening elements ( 6 ; 16 ) are formed by bulkhead walls which are perpendicular to the neutral fiber ( 18 ) of the hollow beam ( 1 ; 11 ). 3. Hohlträger nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlträger (11) einseitig eingespannt ist, mit einer Krafteinleitungsstelle an seinem freien Endabschnitt (12), wobei der Abstand (d1 bis dx) zwischen den Versteifungselementen (16) mit zunehmen­ der Entfernung von der Krafteinleitungsstelle (12) abnimmt.3. Hollow beam according to claim 1 and / or 2, characterized in that the hollow beam ( 11 ) is clamped on one side, with a force introduction point at its free end section ( 12 ), the distance (d 1 to d x ) between the stiffening elements ( 16 ) decreases with increasing distance from the force application point ( 12 ). 4. Hohlträger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlträger eine Säule, insbesondere eine A-Säule (11) eines Kraftfahrzeuges bildet.4. Hollow beam according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow beam forms a column, in particular an A-pillar ( 11 ) of a motor vehicle.
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