DE3826958C2 - Aggregatraumseitiger Längsträger eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
Aggregatraumseitiger Längsträger eines KraftfahrzeugsInfo
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- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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- B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
- B62D21/152—Front or rear frames
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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.
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