DE3826958C2 - Aggregatraumseitiger Längsträger eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Längsträger gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Längsträger für Kraftfahrzeuge sind üblicherweise so konstruiert, dass ihre Endbereiche Deformationsglieder bilden, die bei einem Unfall durch Umsetzen von kinetischer Energie in Verformungsarbeit die anschliessende Fahrgastzelle vor für die Fahrzeuginsassen gefährlichen Verformungen schützen und durch eine gezielte Verzögerung der Fahrgastzelle die auf die Fahrzeuginsassen durch Rückhaltesysteme, wie Sicherheitsgurte, ausgeübten Rückhaltekräfte im Falle eines Unfalls auf ein erträgliches Mass reduzieren.

Besonders kritisch ist die entsprechende Ausbildung der aggregatraumseitigen Längsträger, da die Aggregate - Motoren, Getriebe, Hilfsantriebe - im wesentlichen starre, also nicht verformbare Körper bilden und die Aggregaträume moderner Kraftfahrzeuge so knapp bemessen sind, dass zur Umsetzung kinetischer Energie in Verformungsarbeit bei Unfällen nur ein relativ kurzer Verformungsweg zu Verfügung steht. Mit anderen Worten: Der zur Verfügung stehende kurze Verformungsweg muss durch optimale Umsetzung von kinetischer Energie in Verformungsarbeit zur optimalen, d. h. ohne gefährliche Verzögerungsspitzen erfolgenden Abbremsung der Fahrgastzelle ausgenutzt werden.

Betrachtet man in diesem Zusammenhang Fig. 3, in der über der Zeit t die Verläufe der Fahrzeuggeschwindigkeit v, der Fahrzeugbeschleunigung (genauer: der Fahrzeugverzögerung) b und des Deformationsweges w bei einem Crash aufgetragen sind, so erkannt man im Zuge der hier besonders interessierenden Kurve b zeitlich nach einer Spitze etwa im Zeitpunkt t₁ gleichsam einen Einbruch der Verzögerung, der etwa im Zeitpunkt t₂ durch eine weitere, etwas flachere Spitze beendet wird. Die erste Spitze im Zeitpunkt t₁ signalisiert das Auftreten einer Kraftspitze durch Verformung des Wagenendes unmittelbar nach dem Aufprall auf das Hindernis und beinhaltet in ihrem weiteren Verlauf das Auftreffen auf das der Fahrgastzelle abgekehrte Ende des Aggregats, also bei Frontantrieb auf den vorderen Endbereich desselben. Unter dem Endbereich des Aggregats soll im Rahmen der Erfindung stets derjenige Bereich verstanden werden, der der Fahrgastzelle abgekehrt ist, und zwar unabhängig davon, ob das Aggregat quer oder längs eingebaut ist. Im Anschluss an diese Verzögerungsspitze, zu der also wesentlich das Wirksamwerden des starren Aggregats beiträgt, ergibt sich nun der bereits angeführte Einbruch in der Verzögerungskurve b, d. h. letztlich eine nur geringfügige Umsetzung kinetischer Energie in Verformungsarbeit beim weiteren Zusammenstauchen des Aggregatraums, bis etwa im Zeitpunkt t₂ wieder steifere Fahrzeugteile, beispielsweise ein Fahrschemel, an der Verformung teilnehmen und eine Vergrösserung der Fahrzeugverzögerung bewirken. Bei Einsatz von Gurtstrammern für die Sicherheitsgurte fällt der Zeitpunkt des festen Anlegern der Sicherheitsgurte an die Fahrzeuginsassen etwa mit dem Zeitpunkt t₂ zusammen.

Insbesondere dann, wenn man beispielsweise aus Gründen der Vermeidung des zusätzlichen Aufwands auf derartige Gurtstrammer verzichten will, macht sich der zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ liegende Einbruch in der Verzögerungskurve b nachteilig bemerkbar, da damit ein Abbau an kinetischer Energie verschenkt wird.

Die beschriebenen Kurven gelten für ein Fahrzeug mit Längsträgern, deren Deformationsglieder einen über ihre Länge im wesentlichen konstanten Verformungswiderstand besitzen. Es gibt auch Vorschläge (US 37 94 348 A, B62D 21/00; US 41 94 763 A, B62D 21/02; DE 25 42 974 A1, B62D 21/02), bei denen durch konstruktive Massnahmen oder durch örtliche Gefügebehandlung in den Längsträgern Zonen verringerten bzw. vergrösserten Verformungswiderstands geschaffen werden bzw. bei denen durch längenvariablen Querschnitt über die Eckensteifigkeit der Verformungswiderstand über die Länge des Längsträgers kontinuierlich verändert wird. Dabei geht es aber teils um die gezielte Einleitung der Faltenbildung, teils um die Erzeugung eines vorgegebenen Deformationsverlaufs, so dass auch diese Längsträgerausführungen im Prinzip den anhand Fig. 3 erläuterten Verlauf der Verzögerungskurve b über der Zeit t aufweisen.

Die DE-OS 22 33 972, B62D 21/00, beschreibt eine Stoßfängeranordnung für ein Kraftfahrzeug mit zwischen einer vorderen Stoßstange und einer karosseriefesten Halterung verlaufenden hydraulischen Stoßdämpfern. Die Halterung ist so ausgebildet, daß nach Zusammenschieben des betreffenden hydraulischen Stoßdämpfers, d. h. nach Beendigung seiner Verformung, die Halterung derart verformt wird, daß der zusammengeschobene hydraulische Stoßdämpfer in Richtung nach unten wegschwenkt. Da der hydraulische Stoßdämpfer auch neben dem vorderen Endbereich eines Antriebsaggregats (sofern es sich um ein Fahrzeug mit Frontantrieb handelt) verläuft, ergibt sich also ebenfalls der anhand Fig. 3 erläuterte nachteilige Verzögerungseinbruch.

Aus der DE-OS 21 52 165 und der JP 55-140653 A ist es bekannt, Längsträger durch ein- bzw. aufgesetzte Profile zu verstärken. Nicht konstante Querschnitte von Längsträgern sind bekannt aus der DE 25 42 974 A1.

Schließlich beschreibt die gattungsbildende DE-OS 23 25 692 einen aggregateraumseitigen Längsträger, der im Bereich eines Aufhängungsgestänges für Räder durch Profilenden eines Querträgers lokal verstärkt ist. Diese lokale Verstärkung erstreckt sich neben einem vorderen Bereich des Aggregats, ist aber hinsichtlich ihres Anfangs und Endes nicht weiter spezifiziert.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, einen aggregatraumseitigen Längsträger gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der den unerwünschten, oben beschriebenen Einbruch in der Verzögerungskurve vermeidet.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Die Erfindung besteht mithin nicht darin, einen Längsträger zu schaffen, der über seine gesamte Länge einen grösseren bzw. kleineren Verformungswiderstand besitzt oder dessen Verformungswiderstand über seine gesamte Länge variabel ist, sondern wesentlich für die Erfindung ist die Versteifung speziell derjenigen Partie des Längsträgers, die in anspruchsgemäß definierter Weise neben dem der Fahrgastzelle abgekehrten Endbereich des Aggregats (im Sinne der oben gegebenen Definition) liegt. Nur bei dieser Wahl des Orts der Verstärkung ergibt sich die erwünschte Vergrösserung der Verzögerung zwischen den beiden in Fig. 1 mit t₁ und t₂ bezeichneten Zeitpunkten gegenüber dem dort wiedergegebenen Einbruch in der Kurve b. Es handelt sich dabei also um diejenige Partie des durch den Längsträger gebildeten Deformationsglieds, der nach der Anfangsspitze in dem in Fig. 3 wiedergegebenen Verformungsdiagramm verformt wird.

Wie auch aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung ersichtlich wird, besitzt die Erfindung den grundsätzlichen Vorteil, dass der angestrebte Erfolg mit geringem konstruktiven Aufwand erzielt werden kann, wobei von besonderer Bedeutung die Tatsache ist, dass die erfindungsgemässen Massnahmen keinen zusätzlichen Platz in dem ohnehin üblicherweise platzmässig kritischen Aggregatraum erfordern.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im einzelnen:

Fig. 1 u. 2 in einem Längsschnitt in Stirnansicht und ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 das - bereits erläuterte - Verformungsdiagramm im Falle eines herkömmlichen Längsträgers,

Fig. 4 in Stirnansicht ein zweites Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 den Verlauf des Verformungswiderstands P über dem Deformationsweg w für die beiden Ausführungsbeispiele,

Fig. 6 in Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel und

Fig. 7 das zugehörige Verformungsdiagramm,

Fig. 8 u. 9 in Seitenansicht und in einem Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel sowie Fig. 10 das zugehörige Verformungsdiagramm.

Betrachtet man zunächst das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2, so ist im Längsträger 1, der aus dem C-Profil 2 und dem ebenen Schliessprofil 3 durch Punktverschweissung zusammengesetzt ist, speziell in derjenigen Partie 4, die im unverformten Zustand des Fahrzeugs etwa neben dem der Fahrgastzelle abgekehrten Endbereich des nicht dargestellten Aggregats liegt, als Versteifung das Profil 5 eingesetzt oder eingelegt. Dieses ist über seine gesamte Länge, wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, durch Schweisspunkte mit der jeweils benachbarten Querwand des C- Profils 2 verbunden, so dass gleichsam eine flächige Verbindung zwischen den Anschlussflanschen des Profils 5 einerseits und den Seitenwänden des C-Profils andererseits vorliegt.

Gemäss Fig. 5, in der der Verlauf des Verformungswiderstands P, d. h. der zur Verformung erforderlichen Kraft, über dem Deformationsweg w aufgetragen ist, ergibt sich nach der ersten Spitze 10 und damit zwischen den in Fig. 3 mit t₁ und t₂ bezeichneten Zeitpunkten unter Berücksichtigung der Faltenbildung ein höheres Kraftniveau 11 als bei der weiteren Verformung, in der andere Partien des Längsträgers 1 deformiert werden. Damit ist also der Zeitraum zwischen den angegebenen Zeitpunkten erheblich besser im Sinne einer Annäherung an den Idealverlauf b min in Fig. 3 zur Umsetzung von kinetischer Energie in Verformungsarbeit ausgenutzt als bei den üblichen Längsträgern, die den in Fig. 3 mit b bezeichneten Verzögerungsverlauf aufweisen.

Gemäss Fig. 4 kann der Längsträger 15, der wiederum aus einem C-Profil 16 und einem ebenen Schliessprofil 17 zusammengesetzt ist, in seiner hier interessierenden Partie auch durch aufgesetzte Profile 18 und 19 verstärkt sein.

In der Ausführungsform nach Fig. 6 ist wiederum ein äusseres Profil angenommen, das aber hier keine konstante Querschnittsabmessung über seine Länge besitzt, sondern eine sich in Richtung auf die Fahrgastzelle verringernde Querschnittsabmessung. Dieses Aufsatzprofil 25 ist wiederum durch eine Vielzahl von Schweisspunkten mit einer Seitenwand des einen Profits des Längsträgers 26 in seiner hier interessierenden Partie 27 verbunden, so dass gleichsam eine flächige Verbindung vorliegt. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, schliesst sich an die Spitze 30 ein Bereich fallenden Verformungswiderstands an, dessen Niveau 31 aber nicht den gemäss Fig. 1 für den Stand der Technik signifikanten Einbruch zeigt. Im weiteren Verlauf zeigt das Kraft-Weg-Diagramm wiederum einen Bereich geringeren Verformungswiderstands.

In den Fig. 8 und 9 schliesslich ist nur die hier interessierende Partie 35 des Längsträgers dargestellt; nach links und rechts schliessen sich Bereiche konstanten quadratischen Querschnitts mit vier Ecken an, gegebenenfalls unter Zwischenfügung von Übergängen.

Wie ersichtlich, besitzt die Längsträgerpartie 35 an ihren der Fahrgastzelle zugekehrten Wänden einen quadratischen Querschnitt mit vier Ecken, von dem aus sie sich in Richtung nach vom unter Verdopplung der Eckenzahl in einen Polygonquerschnitt mit acht Ecken und entsprechender Versteifung verwandelt. Die Herstellung eines derartigen Trägers durch Tiefziehen ist einfach, wenn er, wie angenommen, aus zwei spiegelbildlichen Hälften 36 und 37 unter Verwendung von Schweissflanschen 38 und 39 zusammengesetzt wird.

Diese örtliche Querschnittsveränderung des Längsträgers hat den in Fig. 10 schematisch dargestellten Verlauf des Verformungswiderstands P über dem Deformationsweg zur Folge, bei dem sich, ähnlich wie in dem Diagramm nach Fig. 7, an die Spitze 45 eine Faltenbildung mit einem mittleren Kraftniveau 46 anschliesst das mit zunehmendem Deformationsweg w abnimmt. Auch hier ist jedoch der anhand Fig. 1 mehrfach erläuterte Einbruch im Verlauf des Verformungswiderstands und damit der erzielten Fahrzeugverzögerung vermieden.

Mit der Erfindung ist also eine einfache Möglichkeit zur optimalen Ausnutzung eines als Deformationsglied dienenden Teils eines Längsträgers im Aggregatraum eines Fahrzeugs geschaffen, bei der unerwünschte Einbrüche im Verzögerungsverlauf vermieden sind.

Claims (4)

1. Aggregateraumseitiger Längsträger eines Kraftfahrzeuges, der als durch Faltenbeulen Unfallenergie absorbierendes, einen geschlossenen Hohlquerschnitt besitzendes Deformationsglied mit nichtkonstantem Verlauf seines Verformungswiderstandes über den Verformungsweg ausgebildet ist und eine als Deformationsglied dienende Partie aufweist, die neben dem Aggregat angeordnet ist und einen grösseren Verformungswiderstand aufweist als die anschliessenden Partien, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort der Partie (4) auf dem Längsträger (1) neben dem der Fahrgastzelle abgekehrten Endbereich des Aggregates so gewählt ist, dass nach einem Zeitpunkt t₁, der definiert ist durch eine erste Spitze im Verlauf der Fahrzeugverzögerung (b) über der Zeit, beim Aufprall des Endbereiches auf ein Hindernis der grössere Verformungswiderstand der Partie (4) wirksam ist bis zu einem Zeitpunkt t₂, der sich ergibt, wenn als Fahrzeugteil ein Fahrschemel, der steifer ist als der Längsträger (1), eine grössere Fahrzeugverzögerung (b) bewirkt.

2. Längsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger (1) durch zumindest ein ein- oder aufgesetztes Profil (5; 18, 19) örtlich verstärkt ist.

3. Längsträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (25) einen nichtkonstanten Verlauf seines Querschnitts über seine Länge besitzt.

4. Längsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsträger (35) durch örtliche Änderung seiner Querschnittsform im Sinne einer Vergrösserung der Eckenzahl örtlich verstärkt ist.