DE69807988T2

DE69807988T2 - Verstärkungselement für Kfz-Hohlprofile, mit verminderter Wanddicke am Endabschnitt

Info

Publication number: DE69807988T2
Application number: DE69807988T
Authority: DE
Inventors: Akio Yoshida
Original assignee: Kyoho Machine Works Ltd
Current assignee: Kyoho Machine Works Ltd
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2018-04-22
Also published as: EP0882640A2; DE69807988D1; JP3139984B2; EP0882640A3; JPH1148780A; US6082811A; EP1142739A1; AU695029B1; EP0882640B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Wesentlichen auf ein Hohlstrukturelement einer Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeugs und insbesondere auf ein solches Hohlstrukturelement mit einer Innenverstärkung bzw. einem Innenverstärkungselement. Aus der US 5,255,487 ist ein Verstärkungselement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Die Rahmenstruktur des Kraftfahrzeugs umfasst verschiedene stationäre Hohlstrukturelemente, die jeweils einen Hohlkörperabschnitt umfassen, wie beispielsweise einen rührenförmigen bzw. Röhrenkörperabschnitt. Diese Hohlstrukturelemente umfassen Aufprallträger, Seitentür- Taillierungen, B-Säulen und A-Säulen. Die mechanische Festigkeit jedes Hohlstrukturelements kann durch ein im Körperabschnitt angeordnetes Verstärkungselement erhöht werden. Beispielsweise ist der in einer Seitentür eines Passagierfahrzeugs angeordnete Aufprallträger dazu vorgesehen, die nach innen gerichtete Verformung der Seitentür auf Grund einer seitlich auf den Fahrzeugkörper bei einer Kollision des Fahrzeugs an der Seitentür mit einem gegebenen Objekt wirkenden Aufprall- bzw. Stoßlast zu minimieren. Im Wesentlichen umfasst der Aufprallträger einen Röhrenkörperabschnitt mit einer runden Querschnittsform in Querrichtung und einem Paar Befestigungsabschnitte, die einstückig an den entgegengesetzten Längsenden des Körperabschnitts angebracht sind. Der Aufprallträger ist an seinen Befestigungsabschnitten ortsfest am Rahmen der Seitentür befestigt, so dass der Körperabschnitt des Aufprallträgers in der Längs- bzw. Fahrtrichtung des Fahrzeugs verläuft. Es wurde schon ein Aufprallträger des Typs vorgeschlagen, bei dem ein Verstärkungselement im mittleren Längsabschnitt bzw. axialen Mittelabschnitt des Röhrenkörperabschnitts angeordnet ist, um die Biegesteifigkeit bzw. -festigkeit des Mittelabschnitts zu erhöhen, um so dessen Ausbeulen bzw. Knicken zu verhindern, während ein Anstieg des Gewichts des Aufprallträgers minimiert wird. Beispiele dieser Art von Aufprallträgern sind in der JP-A-4-238727 und der JP-6- 91325 offenbart, welche ein röhrenförmiges Verstärkungselement oder ein zylindrisches Vollkörperverstärkungselement verwenden. Das Knicken des Aufprallträgers wird dabei so interpretiert, als ob es eine Biegung des Röhrenkörperabschnitts in eine gekrümmte, abgeflachte Form auf Grund einer seitlich darauf aufgebrachten Aufprallbelastung bedeutet. Die Biegesteifigkeit bzw. - festigkeit ist eine Größe der Last, an der das Knicken oder ein Bruch des Aufprallträgers auftritt.
Bei dem oben stehend beschriebenen, herkömmlichen Röhrenkörperelement wechselt die Biegesteifigkeit an und in der Nähe der entgegengesetzten Enden des im Röhrenkörperabschnitt vorgesehenen Verstärkungselement beträchtlich, so dass die Beanspruchung bzw. Spannung dazu neigt, sich um die Enden des Verstärkungselements zu konzentrieren, wodurch eine Möglichkeit von Rissbildung oder Bruch an den jeweiligen Abschnitten des Röhrenkörperabschnitts erhöht wird. Infolgedessen leidet das herkömmliche Röhrenstrukturelement daran, dass die Biegesteifigkeit nur ungenügend verbessert wird.
Im Einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 erläutert erbrachte ein Versuch an einem Aufprallträger 10' (nicht mit einem Verstärkungselement ausgestattet) unter Verwendung eines in Fig. 30 dargestellten Pendels 30 eine Spannungsverteilung, wie im Graphen der Fig. 10 dargestellt. Bei dem Test wurde die Endoberfläche des Pendels 30 an einem Mittelpunkt S in Längsrichtung des Aufprallträgers 10' auf den Aufprallträger 10' gedrückt. Eine FEM(Finite-Elemente-Methode)-Analyse zeigte die Spannungsverteilung der Fig. 10, bei der die Spannung in den entgegengesetzten Längsrichtungen des Aufprallträgers 10' mit einem Wachsen der Entfernung vom Punkt (5) der Lastbeaufschlagung abnimmt, wie mit (1) bis (4) in Fig. 9 angezeigt. Die Spannung hat einen Maximalwert σmax am Lastbeaufschlagungspunkt oder Mittelpunkt S. Im Graphen der Fig. 10 ist die Entfernung (mm) vom Lastbeaufschlagungpunkt S entlang der Abszisse (Rechts- bzw. Linksrichtung in Fig. 9) aufgetragen, während der Wert der Spannung auf der Oberseite des Aufprallträgers 10' entlang der Ordinate aufgetragen ist. Aus dem Graphen der Fig. 10 wird klar, dass ein Spannungswert σ40 an den 40 mm vom Lastbeaufschlagungspunkt S entfernten Positionen immer noch bedenklich hoch ist. Dementsprechend findet eine Spannungskonzentration an oder in der Nähe der entgegengesetzten Enden des Verstärkungselements statt, wobei der Aufprallträger 10' wahrscheinlich bricht, wenn ein Verstärkungselement mit einer Länge von ca. 80 mm im Röhrenkörperabschnitt des Aufprallträgers 10' so angeordnet ist, dass die entgegengesetzten Enden des Verstärkungselements ca. 50 mm vom Erstbeaufschlagungspunkt S beabstandet sind. Es wurde überlegt, dass die Verwendung eines Verstärkungselements mit einer ausreichend großen Länge wirksam ist, um die Spannungswerte um die Enden des Verstärkungselements zu verbringen und den Bruch des Aufprallträgers 10' zu verhindern. Diese potenzielle Lösung führt jedoch unweigerlich zu einem unerwünschten Anstieg des Gewichts und der Materialkosten des Verstärkungselements.
WO 94/13503 (JP-T-7-506067) zeigt die Verwendung eines Verstärkungselements in der Form eines im Wesentlichen langgezogenen Blechs, dessen Breitenabmessung in den entgegengesetzten Längsrichtungen zu seinen entgegengesetzten Enden hin mit einer Abnahme des auf das langgezogene Blech aufgebrachten Biegemoments abnimmt. Dieses Verstärkungselement leidet auch an beträchtlichen Wechseln der Biegefestigkeit um die Längsenden des verlängerten Bleches. Ferner neigt das langgezogene Blech, dessen Breitenabmessung an den Längsenden immer noch vergleichsweise groß ist, zu Rissbildung auf Grund von Spannungskonzentrationen an seinen Endabschnitten. Des Weiteren wurde vorgeschlagen, einen lokalen Abschnitt eines Röhrenstrukturelements, wie beispielsweise einer B- bzw. Mittelsäule oder eines Seitenschwellers eines Fahrzeugrahmen, unter Verwendung eines Verstärkungselements zu verstärken, welches aus zwei Metallplatten besteht, die zusammengeschweißt und im Röhrenkörperabschnitt des Strukturelements angeordnet sind. Diese Art von Verstärkungselementen leidet ebenfalls an den oben beschriebenen Nachteilen.
Das Gleiche gilt für einen im US-Patent 5,255,487 offenbarten Türverstärkungsträger, welcher ein durch einen Verstärkungsabschnitt verstärktes, einfaches bzw. Basisrohr umfasst, das mit einem Verstärkungsabschnitt verstärkt ist, oder ein einfaches Rohr, welches mit einem Verstärkungsteil ausgestattet ist, welches an einer Position, an der ein Aufprall erwartet wird, zwischen die beiden Enden des Basisrohrs geschweißt ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Körperstrukturelement für eine Hohlstruktur eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die mit einer leichten und kostengünstigen Verstärkung verstärkt ist, welche eine wirksam verbesserte Biegesteifigkeit oder Energieabsorptionseigenschaft aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Verstärkung zur Verwendung mit einem Hohlstrukturelement einer Körper- bzw. Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeugs zu schaffen.
Die oben stehend genannte erste Aufgabe kann gemäß einem ersten Aspekt dieser Erfindung gelöst werden, welcher ein Hohlstrukturelement vorsieht, das einen Hohlkörperabschnitt aufweist, der ortsfest an einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, wobei das Hohlstrukturelement ferner ein Verstärkungselement bzw. eine Verstärkung mit einer Hohlstruktur aufweist, welche eine Außenoberfläche aufweist und welche ortsfest innerhalb des Hohlkörperabschnitts angeordnet ist, der eine Innenoberfläche aufweist, so dass die Außenoberfläche der Hohlstruktur in im Wesentlichen enger Anlage mit der Innenoberfläche des Hohlkörperabschnitts steht, und wobei das Verstärkungselement einen axialen Mittelabschnitt mit höchster Biegesteifigkeit aufweist und axial engegengesetzte Endabschnitte, die jeweils eine Biegesteifigkeit aufweisen, welche vom axialen Mittelabschnitt aus in Axialrichtung zu einem Axialende eines zugeordneten der axial entgegengesetzten Endausschnitte hin kontinuierlich in einer Weise abnimmt, dass die Biegesteifigkeit am Axialende im Wesentlichen null ist.
Das Hohlstrukturelement gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung hat das Verstärkungselement den axialen Mittelabschnitt mit einem höheren Grad an Biegesteifigkeit als der andere Abschnitt und die axial entgegengesetzte Endabschnitte, welche jeweils eine Biegesteifigkeit aufweisen, die vom axialen Mittelabschnitt aus in Axialrichtung zum Axialende des jeweiligen Endabschnitts hin einer Weise abnimmt, dass die Biegesteifigkeit am Axialende jedes Endabschnitts im Wesentlichen null ist. Deshalb bietet das Hohlstrukturelement einen ausreichenden Grad an Knickwiderstand des Mittelabschnitts der Verstärkung, und leidet nicht an einer Spannungskonzentration um die entgegengesetzten Enden der Verstärkung, wobei das als ein Aufprallträger bzw. Stoßfänger für eine Seitentür des Fahrzeugs verwendete Rahmen- bzw. Strukturelement eine wirksam verbesserte und im Anwendungsfall ausreichende Biegesteifigkeit aufweist, während die Höhe des Anstiegs des Gewichts und der Kosten des Strukturelements auf Grund der Bereitstellung des Verstärkungselements minimiert wird. Das wie oben stehend beschrieben aufgebaute Verstärkungselement weist einen relativ hohen Freiheitsgrad bei der Auswahl seines Materials auf und kann geeignet aus einer Leichtmetalllegierung wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung gebildet werden, die es erlaubt, das Gewicht des Strukturelements weiter zu verringern.
Die erste Aufgabe kann auch gemäß eines zweiten Aspekts dieser Erfindung gelöst werden, wonach ein ortsfest an einem Kraftfahrzeug angebrachtes Hohlstrukturelement vorgesehen ist, wobei das Hohlstrukturelement des Weiteren ein Verstärkungselement aufweist, welches eine Hohlstruktur aufweist, die eine Außenoberfläche hat und ortsfest im Hohlkörperabschnitt mit einer Innenoberfläche so angeordnet ist, dass die Außenoberfläche der Hohlstruktur in im Wesentlichen enger Anlage mit der Innenoberfläche des Hohlkörperabschnitts steht, und wobei das Verstärkungselement einen dickwandigen Abschnitt als seinen axialen Mittelabschnitt aufweist, und zwei Abschnitte abnehmender Dicke als seine an entgegengesetzten Seiten des Abschnitts großer Wanddicke angeordnete axial endgegengesetzten Endabschnitte. Jeder der beiden Abschnitte abnehmender Dicke weist eine Innenoberfläche auf, welche so ausgebildet ist, dass ein Wanddicke jedes Abschnitts abnehmender Dicke vom dickwandigen Abschnitt aus in Axialrichtung zu einem Axialende eines jeweiligen der axial entgegengesetzten Endabschnitte hin kontinuierlich abnimmt und dass die Wanddicke am Axialende im Wesentlichen null ist.
Das Hohlstrukturelement gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung kann als eine Ausführungsform des Hohlstrukturelements gemäß des ersten Aspekts der Erfindung betrachtet werden. Das Hohlstrukturelement gemäß des zweiten Aspekts weist den dickwandigen, axialen Mittelabschnitt auf sowie die axial entgegengesetzten Endabschnitte abnehmender Dicke, die jeweils die Wanddicke aufweisen, welche vom dickwandigen Mittelabschnitt aus in Axialrichtung zum Axialende des jeweiligen Endabschnitts des Verstärkungselements hin kontinuierlich abnimmt, so dass die Wanddicke am Axialende jedes Endabschnitts des Verstärkungselements im Wesentlichen null ist. Das vorliegende Hohlstrukturelement hat dabei im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie oben stehend zusammen mit dem Hohlstrukturelement gemäß des ersten Aspekt der Erfindung beschrieben.
Der Hohlkörperabschnitt des Hohlstrukturelements ist vorzugsweise ein im Wesentlichen röhrenförmiges Element, wie im Folgenden diskutiert wird, kann aber auch ein hohles Element mit einem polygonförmigen Querschnitt sein. Wenn der Hohlkörperabschnitt ein im Wesentlichen röhrenförmiges Element ist, hat das röhrenförmige Element vorzugsweise eine im Wesentlichen runde Querschnittsform. Der röhrenförmige Körperabschnitt kann jedoch eine elliptische oder ovale Querschnittsform aufweisen. Obwohl der Hohlkörperabschnitt ein käuflich erwerbliches Rohr sein kann, kann er auch durch Biegen eines geeigneten flachen Metallblechs in eine Röhrenform so gebildet werden, dass die entgegengesetzten Kanten des Blechs stumpf aneinander gestoßen werden, und das Rohr anschließend an den aneinander gestoßenen Kanten nahtgeschweißt wird, beispielsweise durch Lichtbogenschweißen. Das Metallblech kann ein Stahlblech sein, dessen Bruch- bzw. Zugfestigkeit ca. 130 kgf/mm² ist. Es sei erwähnt, dass ein kgf/mm² näherungsweise gleich 9,8 N/mm² ist.
Falls das Hohlstrukturelement ein in einer Seitentür eines Kraftfahrzeugs eingebauter Aufprallträger ist, wird der Hohlkörperabschnitt im Wesentlichen an seinen axial entgegengesetzten Enden mittels jeweiliger Befestigungsabschnitte am Rahmen der Seitentür befestigt, so dass das Hohlstrukturelement in Längs- bzw. Axial- oder Fahrtrichtung des Fahrzeugs verläuft. Während die Befestigungsabschnitte separate Teile sein können, die an den entgegengesetzten Enden des Hohlkörperabschnitts beispielsweise durch Schweißen befestigt sind, können die Befestigungsabschnitte auch einstückig mit dem Körperabschnitt ausgebildet sein. Falls der Körperabschnitt aus einem flachen Metallblech ausgebildet ist, können die Befestigungsabschnitte beispielsweise durch Biegen geeigneter Abschnitte des Blechs ausgebildet werden, während der Körperabschnitt zu einer Hohlstruktur geformt wird. Der Hohlkörperabschnitt, wie beispielsweise ein Aufprallträger, kann einstückig mit dem Rahmen oder anderen Teilen des Fahrzeugelements, wie beispielsweise der Seitentür ausgebildet sein.
Das im Hohlkörperabschnitt angeordnete Verstärkungselement kann vorzugsweise aus einem metallischen Material, wie beispielsweise einem gekohlten Stahl (z. B. S45C, JIS) oder einer Aluminiumlegierung (z. B. A5056, JIS) ausgebildet sein. Das Verstärkungselement kann jedoch aus jedem anderen Material wie beispielsweise FRP (faserverstärkter Kunststoff) oder anderen Verbundmaterialien bestehen. Es ist wünschenswert, dass das Verstärkungselement ortsfest im axialen Mittelabschnitt des Hohlkörperabschnitts (z. B. Aufprallträger) durch geeignete Mittel wie Einpressen, Verkleben mit einem Klebemittel oder Schweißen angeordnet ist.
Im Hohlstrukturelement gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung wird die Biegesteifigekeit des Verstärkungselements durch geeignetes Ändern der Wanddicke des Verstärkungselements in Längsrichtung eingestellt. Gemäß des ersten Aspekts der Erfindung kann die Biegesteifigkeit jedoch durch das Einschneiden von Schlitzen in das Verstärkungselement an geeigneten Stellen eingestellt werden, wobei sich die Schlitze in Längsrichtung erstrecken oder durch die Verwendung von verschiedenen Materialien an verschiedenen Längspositionen des Verstärkungselements. Zum einfacheren Einbau des Verstärkungselements in den Hohlkörperabschnitt ist das Verstärkungselement vorzugsweise symmetrisch bezüglich der Mittellinie ausgebildet, so dass die Wanddicke an jeder Längsposition um die Mittellinie herum konstant ist. Falls eine Stoß- bzw. Aufprallbelastung auf das Hohlstrukturelement in einer Querrichtung senkrecht zur Mittellinie wirkt, ist die Spannungsverteilung im Strukturelement beispielsweise asymmetrisch unter Bezug auf die Mittellinie, wie im Graph der Fig. 9 gezeigt. Diesbezüglich kann das Verstärkungselement asymmetrisch bezüglich der Mittellinie ausgeformt sein, so dass es der asymmetrischen Spannungsverteilung folgt. Beispielsweise kann das Verstärkungselement so ausgebildet sein, dass die Wanddicke auf einer vom Stoßlastbeaufschlagungspunkt entfernt liegenden Seite der Mittellinie kleiner ist als auf der anderen Seite, oder so, dass die Längsabmessung auf der oben stehend genannten einen Seite kürzer ist. Auf gleiche Weise ist das Verstärkungselement vorzugsweise symmetrisch bezüglich seines axialen Mittelabschnitts (dickwandiger Abschnitt), kann jedoch auch asymmetrisch bezüglich seines Mittelabschnitts sein.
Zum Verhindern von Rissbildung oder Bruch des Hohlstrukturelements auf Grund einer Spannungskonzentration in der Nähe der Enden der entgegengesetzten Enden des Verstärkungselements ist der Wanddickenwert an den entgegengesetzten Enden des Verstärkungselements wünschenswerterweise sehr klein, d. h. im Wesentlichen null. Der Wanddickenwert an den entgegengesetzten Enden muss jedoch nicht null sein. Es reicht, wenn er klein genug ist, um die Rissbildung oder Bruch des Strukturelements bei gewünschter Maximallast, beispielsweise 2400 kgf oder 2700 kgf zu verhindern, wenn das Strukturelement an einem dem Verstärkungselement entsprechenden Abschnitt einer Stoßbelastung unterzogen wird, wie der durch eine Versuchsvorrichtung aufgebrachten, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Alternativ dazu können die Wanddickenwerte an den entgegengesetzten Enden des Verstärkungselements in Abhängigkeit von der gewünschten Maximalhöhe der Energieaufnahme bzw. - absorbtion (z. B. ca. 200 kgfm oder ca. 250 kgfm) oder der gewünschten durchschnittlichen Last (z. B. 1200 kgf oder ca. 1350 kgf) geeignet bestimmt werden. Die Abfallrate der Wanddicke und der Längsabmessung jedes Endabschnitts abnehmender Dicke können ebenfalls geeignet bestimmt werden, so dass der obenstehenden Voraussetzung entsprochen wird, wobei die Wanddicke und die Längsabmessung des dickwandigen Mittelabschnitts geeignet bestimmt werden, um ein Knicken des Strukturelements unter den obenstehend beschriebenen Bedingungen zu verhindern.
Der Wanddickenwert an den entgegengesetzten Enden des Verstärkungselements, die der obenstehenden Voraussetzung genügen, schwanken in Abhängigkeit von der Biegesteifigkeit (Material, Wanddicke und Durchmesser) des Hohlkörperabschnitts. Wenn das Verstärkungselement aus einem gekohlen Stahl (z. B. S45C, JIS) ausgebildet ist, der gewöhnlich für ein Strukturelement verwendet wird, ist die Wanddicke an den entgegengesetzten Enden des Verstärkungselements vorzugsweise ca. 0,5 mm oder kleiner oder ca. 0,3 mm oder kleiner. Wenn das Verstärkungselement aus einer Aluminiumlegierung (z. B. A5056, JIS) ausgebildet ist, ist die Wanddicke vorzugsweise ca. 0,8 mm oder kleiner oder ca. 0,6 mm oder kleiner.
Die obenstehend genannten spezifischen Werte der gewünschten maximalen Last, maximalen Höhe der Energieaufnahme und mittleren Last, sowie die obenstehend genannten spezifischen Werte der Wanddicke an den Enden des Verstärkungselements sind rein zu illustrativen Zwecken für den Fall angegeben, bei dem das Hohlstrukturelement als Aufprall- bzw. Stoßträger für eine Seitentür eines Kraftfahrzeugs verwendet wird. Selbstverständlich schwanken die Werte solcher Parameter und sollten passend in Abhängigkeit vom Typ des Strukturelements und dem Typ oder Modell des Kraftfahrzeugs bestimmt werden.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Hohlstrukturelements gemäß des zweiten Aspekts dieser Erfindung, besteht der dickwandige Abschnitt aus zumindest einer Vollkörper- bzw. festen Trennwand, die jeweils einen Raum innerhalb der Hohlstruktur des Verstärkungselements in zwei axiale bzw. Längsbereiche aufteilt. In diesem Fall weist das Hohlstrukturelement einen ausreichenden Grad an Knickwiderstand auf.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Hohlstrukturelements gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung hat der Hohlkörperabschnitt eine im Wesentlichen röhrenförmige Struktur und das Verstärkungselement eine im Wesentlichen röhrenförmige Struktur mit einer Außenoberfläche in im Wesentlichen enger Anlage an eine Innenoberfläche der im Wesentlichen röhrenförmigen Struktur des Hohlkörperabschnitts. Der dickwandige Abschnitt besteht aus zumindes einer festen Trennwand, welche jeweils einen Raum innerhalb der im Wesentlichen röhrenförmigen Struktur des Verstärkungselements in zwei axiale Bereiche aufteilt, und jeder Abschnitt abnehmende Wanddicke hat einen Innendurchmesser, welcher vom dickwandigen Abschnitt in Längsrichtung zum Axialende hin ansteigt, so dass die Wanddicke jedes Abschnitts abnehmender Dicke in Längsrichtung linear abnimmt. Die feste Trennwand erlaubt es dem röhrenförmigen Strukturelement, einen ausreichenden Grand an Knickwiderstand bereitzustellen, während die Abschnitte abnehmender Wanddicke, deren Wanddicke wie obenstehend beschrieben linear abnehmen relativ leicht herzustellen sind.
Bei der obenstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform des Hohlstrukturelements steigen die Innendurchmesser jedes Abschnits abnehmender Dicke vom dickwandigen Abschnitt in Axialrichtung zum zugeordneten Axialende des Verstärkungsabschnitts hin an, so dass die Wanddicke in dieser Axialrichtung linear abnimmt. Die Wanddicke kann jedoch so bestimmt werden, dass die Änderung der Spannungsverteilung im Hohlstrukturelement bei Beaufschlagung mit einer Stoßlast in Querrichtung folgt.
In einer dritten bevorzugten Ausführungsform des Hohlstrukturelements gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung weist der dickwandige Abschnitt eine Wanddicke auf, welche sich nichtlinear gemäß einer Spannungsverteilung im Hohlkörperabschnitt ändert, die sich ausbildet, wenn der Hohlkörperabschnitt in Folge einer Kollision des Kraftfahrzeugs einer Stoßlast ausgesetzt wird. Durch die nichtlineare Änderung der Wanddicke des dickwandigen Abschnitts gelingt es, dass das Strukturelement eine wirksam verbesserte Festigkeit aufweist, während die Höhe des Anstiegs des Gewichts und der Kosten des Strukturelements aufgrund der Bereitstellung des Verstärkungselements minimiert wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der zweiten Ausführungsform des obenstehend beschriebenen zweiten Aspekts der Erfindung hat jedes feste Trennwand entgegengesetzte, teilkugelförmige bzw. kugelsegmentförmige Oberflächen, welche jeweils eine Krümmung mit einem Mittelpunkt auf einer Mittellinie der im Wesentlichen röhrenförmigen Struktur jedes Verstärkungselements aufweisen, wobei jede teilkugelförmige Oberfläche übergangslos an die inneren Oberflächen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke anschließt. In dieser Weiterbildung hat das Hohlstrukturelement eine Biegesteifigkeitscharakteristik, die einer Spannungsverteilung (wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt) im Strukturelement gleicht, wenn der Hohlkörperabschnitt in Folge einer Kollision des Kraftfahrzeugs einer Stoßlast ausgesetzt wird. Wie das Stukturelement gemäß der dritten bezvorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das vorliegende Strukturelement eine wirksam verbesserte Festigkeit bei minimaler Anstiegshöhe des Gewichts und der Kosten des Strukturelements aufgrund der Bereitstellung des Verstärkungselements auf. Diese Weiterbildung kann als eine Weiterbildung der dritten bevorzugten Ausführungsform der obenstehend beschriebenen Erfindung angesehen werden. Es sei ebenfalls erwähnt, dass die kugelsegmentförmigen bzw. Kugelsegmentoberflächen der Trennwand, deren Krümmungen auf der Mittellinie des Verstärkungselements liegen, relativ leicht zu formen sind. Außerdem führt der übergangslose Anschluss der kugelsegmentförmigen Oberflächen an die Innenoberflächen der Abschnitte abnehmender Dicke zu einem kontinuierlichen Abnehmen der Wanddicke des Verstärkungselements von der Trennwand aus in Axialrichtung zu den Endabschnitten abnehmender Dicke hin. In diesem Fall kann das Verstärkungselement relativ einfach mit relativ niedrigen Kosten in einem Verfahren ausgeformt werden, das einen Schmiedeschritt umfasst, in dem ein Rohteil zu einem Blech geschmiedet wird, aus dem das Verstärkungselement geformt wird.
Die obenstehend genannte Spannungsverteilung, welche sich mit den spezifischen Typen, Materialien, Wanddicken, Durchmessern und Längen des Hohlstrukturelements ändert, kann aus dem in Frage stehenden spezifischen Strukturelement durch eine geeignete Methode, beispielsweise FEM (Finite-Elemente-Methode)-Analyse erhalten werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der ersten oder zweiten bevorzugten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung weist das Verstärkungselement ferner zwei Abschnitte konstanter Dicke auf, die zwischen der festen Trennwand und den beiden Abschnitten abnehmender Dicke angeordnet sind, wobei jeder Abschnitt konstanter Dicke eine konstante Wanddicke hat und mit der festen Trennwand zusammenwirkt, um eine Ausrundung mit einem vorgegebenen Radius einer Krümmung einzugrenzen. In diesem Fall wird die Längsabmessung jedes Abschnitts konstanter Wanddicke in Abhängigkeit von der axialen Länge des Hohlkörperabschnitts des Strukturelements bestimmt, welcher mit dem spezifischen Typ oder Modell des Fahrzeugs variiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des ersten und zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist das Verstärkungselement als einstückiges Teil bzw. integrales Bestandteil des Hohlkörperabschnitts ausgeformt. In diesem Fall ist kein Klebemittel, wie beispielsweise ein Harzklebemittel, notwendig, um das Verstärkungselement im Hohlkörperabschnitt zu befestigen, wobei die mechanische Festigkeit des Strukturelements verbessert wird, wodurch das Gewicht des Strukturelements verringert wird. Ferner wird die benötigte Anzahl von Verfahrensschritten zur Herstellung des Strukturelements signifikant verringert, was zu reduzierten Kosten bei der Herstellung führt.
Wenn der Hohlkörperabschnitt des Hohlstrukturelements ein im Wesentlichen röhrenförmiges Element mit einer im Wesentlichen runden Querschnittsform ist, kann das Strukturelement beispielsweise mit einem Verfahren gefertigt werden, das die folgenden Schritte aufweist:
a) Walzen eines Rohlings zu einem Blech, das einer Weiterbildung des in Frage stehenden Hohlstrukturelements entspricht, entlang einer parallel zur Mittellinie des Strukturelements verlaufenden geraden Linie, wobei das Blech einen Abschnitt veränderlicher Dicke aufweist, der dem Verstärkungsabschnitt entspricht;
b) Ausformen einer Mehrzahl von Schlitzen in der Oberfläche des Abschnitts veränderlicher Dicke des Blechs, wobei die Oberfläche durch das Walzen in dem obenstehend beschriebenen Schritt (a) geformt wurde, so dass das Blech so zu einem Rohr gebogen werden kann, dass die obenstehend genannte Oberfläche mit den Schlitzen eine Innenoberfläche des Rohrs aufweist; und
c) Biegen des geschlitzten Blechs zu einem röhrenförmigen Strukturelement, welches eine röhrenförmige Verstärkung als einstückigen Bestandteil des Röhrenkörperabschnitts aufweist. Das Hohlstukturelement mit der einstückig ausgebildeten Verstärkung kann jedoch auch mit anderen Verfahren mit einem Schmiedeschritt oder einem Zerspanungsschritt geformt werden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des ersten oder zweiten Aspekts dieser Erfindung ist das Verstärkungselement als ein Zwischenverstärkungselement in einem axialen Zwischenabschnitt des Hohlkörperabschnitts angeordnet, wobei das Hohlstrukturelement ferner ein Endverstärkungselement aufweist, das eine hohle Struktur mit einer Außenoberfläche hat und in zumindest einem der axial entgegengesetzten Endabschnitte des Hohlkörperabschnitts angeordnet ist, so dass die Außenoberfläche des Hohlstrukturelements im Wesentlichen in enger Anlage mit einer Innenoberfläche des Hohlkörperabschnitts steht. Das Endverstärkungselement umfasst einen Abschnitt abnehmender Dicke als einen seiner axial entgegengesetzten Endabschnitte, welcher sich auf Seiten des axialen Zwischenabschnitts des Hohlkörperabschnitts befindet. Der Abschnitt abnehmender Dicke hat eine Innenoberfläche, welche in einer Weise ausgebildet, dass eine Wanddicke des Abschnitts abnehmender Dicke vom anderen axial entgegengesetztem Endabschnitt aus in Axialrichtung zu diesem axial entgegengesetztem Endabschnitt hin kontinuierlich abnimmt und in einer Weise, dass die Wanddicke des Endverstärkungselements an einem Axialende des obenstehend genannten Abschnitts abnehmender Dicke im Wesentlichen null ist.
Bei der obenstehenden Ausführungsform des Hohlstrukturelements erhöht das in zumindest einem der entgegengesetzten Enden des Hohlkörperabschnitts angeordnete Endverstärkungselement des Knickwiderstand und die Biegesteifigkeit an einem Abschnitt des Stukturelements, an dem das Strukturelement durch einen geeigneten Befestigungsabschnitt an einem Rahmen oder anderen Teil des Kraftfahrzeugs befestigt ist. Dieses Endverstärkungselement bzw. diese Endverstärkung wirkt mit dem Zwischenverstärkungselement zusammen, um den Gesamtstoßwiderstand und die Gesamtstoßaufnahmefähigkeit des Hohlstrukturelements weiter zu steigern. Ferner hat der Abschnitt abnehmender Dicke, welcher als ein axialer Innenendabschnitt des Endverstärkungselements vorgesehen ist, eine Wanddicke, die vom Außenende in Richtung zum Innenende des Endverstärkungselements in einer Weise abnimmt, dass die Wandstärke an dem Innenende des Endverstärkungselements im Wesentlichen null ist. Dieser Abschnitt abnehmender Wanddicke ist wirksam, um eine Spannungskonzentration und eine sich daraus ergebende Rissbildung oder Bruch des Körperabschnitts in der Nähe des Innenendes des Endverstärkungselements zu verhindern.
Das Endverstärkungselement kann ein hohles Element sein, welches durch einen am Außenende des Hohlkörperabschnitt angeordneten Bodenabschnitts abschließt. In diesem Fall ist der Abschnitt abnehmender Dicke neben dem Bodenabschnitt in einer Weise ausgebildet, dass die Wandstärke des Abschnitts abnehmender Dicke vom abgeschlossenen Ende (Bodenabschnitt) in Axialrichtung zum inneren offenen Ende des Endverstärkungselements hin abnimmt. Die Wanddicke des Bodenabschnitts wird in Abhängigkeit von der benötigten Steifigkeit des Bodenabschnitts geeignet festgelegt. Der Bodenabschnitt kann eine Durchgangsbohrung bzw. ein Durchgangsloch zur Reduzierung des Gewichts des Endverstärkungselements aufweisen. Es ist klar, dass das Endverstärkungselement keinen Bodenabschnitt aufweisen muss, d. h. das es so ausgebildet sein kann, dass es verschiedene Wanddickenwerte an den entgegengesetzten Enden aufweist. Das Endverstärkungselement kann in nur einem der entgegengesetzten Endabschnitte des Körperabschnitts vorgesehen sein oder alternativ dazu in beiden Endabschnitten des Körperabschnitts des Strukturelements. In letzterem Fall ist das obenstehend genannte Zwischenverstärkungselement zwischen den beiden Endverstärkungselementen angeordnet.
Das Hohlstrukturelement gemäß der vorliegenden Erfindung kann geeignet als ein in einer Seitentür eines Kraftfahrzeugs angeordneter Aufprallträger Anwendung finden, wobei es sich in eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs erstreckt.
Alternativ dazu kann das Hohlstrukturelement als jedes andere Strukturelement des Kraftfahrzeugs verwendet werden, beispielsweise eine B-Säule eine Seitentürtaillierung, ein Seitenschweller, eine A-Säule, ein vorderes bzw. Frontquerelement ein vorderes Seitenelement und ein Stoßstangenverstärkungsträger des Kraftfahrzeugs. Diese Strukturelemente werden aber lediglich zu illustrativen Zwecken angegeben.
Die obenstehend genannte zweite Aufgabe kann gemäß einem dritten Aspekt dieser Erfindung gelöst werden, gemäß dem ein ortsfest in einem Hohlstrukturelement angeordnetes Verstärkungselement vorgesehen ist, wobei das Hohlstrukturelement einen ortsfest an einem Kraftfahrzeug angeordneten Hohlkörperabschnitt aufweist, und das Verstärkungselement eine Hohlstruktur aufweist, welche eine Außenoberfläche hat und welche ortsfest innerhalb des Hohlkörperabschnitts in einer Weise angeordnet ist, das die Außenoberfläche der Hohlstruktur in im Wesentlicher enger Anlage an eine Innenoberfläche des Hohlkörperabschnitts steht, und wobei das Verstärkungselement aufweist: (a) einen axialen Mittelabschnitt mit höchster Biegesteifigkeit; und (b) axial entgegengesetzte Endabschnitte, die jeweils eine Biegesteifigkeit aufweisen, welche vom axialen Mittelabschnitt aus in Axialrichtung zu einem Axialende eines jeweiligen axial entgegengesetzten Endabschnitts hin kontinuierlich abnimmt, so dass die Biegesteifigkeit am Axialende im wesentlichen null ist.
Das Verstärkungselement gemäß des dritten Aspekts der Erfindung hat im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie obenstehend unter Bezugnahme auf das Hohlstukturelement gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben.
Die zweite Aufgabe kann auch gemäß eines vierten Aspekts der Erfindung gelöst werden, wonach ein ortsfest in einem Hohlstrukturelement angeordnetes Verstärkungselement vorgesehen ist, wobei das Hohlstrukturelement einen Hohlkörperabschnitt aufweist, der ortsfest an einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, und das Verstärkungselement eine Hohlstruktur, die eine Außenoberfläche umfasst und die ortsfest innerhalb des Hohlkörperabschnitts so angeordnet ist, dass die Außenoberfläche der Hohlstruktur in im Wesentlichen enger Anlage mit einer Innenoberfläche des Hohlkörperabschnitts steht, wobei das Verstärkungselement aufweist: (a) einen dickwandigen Abschnitt als seinen axialen Mittelabschnitt; und (b) zwei Abschnitte abnehmender Dicke als seine an entgegengesetzten Seiten des Abschnitts großer Wanddicke angeordneten axial entgegengesetzten Endabschnitte, wobei jeder der beiden Abschnitte abnehmender Dicke eine Innenoberfläche hat, die in einer Weise ausgeformt ist, dass eine Wanddicke jedes Abschnitts abnehmender Dicke vom dickwandigen Abschnitt aus in Axialrichtung zu einem Axialende eines zugeordneten axial entgegengesetzten Endabschnitts hin abnimmt und in einer Weise umgeformt ist, dass die Wanddicke am Axialende im Wesentlichen null ist.
Das Verstärkungselement gemäß des vierten Aspekts der Erfindung hat im Wesentlichen die gleiche Vorteile wie schon obenstehend bezüglich des Hohlstrukturelements gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform des obenstehenden vierten Aspekts der Erfindung weist das Verstärkungselement auf: (a) ein erstes Stück, dass einen ersten Bestandteil des dickwandigen Abschnitts darstellt und einen ersten und einen zweiten Eingriffsabschnitt an seinen axial entgegengesetzten Enden umfasst; (b) ein zweites Stück, dass einen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke umfasst und einen zweiten Bestandteil des dickwandigen Abschnitts bildet, der an den einen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke anschließt, wobei das zweite Stück einen Eingriffsendabschnitt umfasst, welcher von dem einen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke entfernt liegt und welcher mit dem zweiten Eingriffsabschnitt des ersten Stücks im Eingriff steht; und (c) ein drittes Stück, dass den anderen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke umfasst und einen dritten Bestandteil des dickwandigen Abschnitts bildet, welcher an den anderen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke angrenzt, wobei das dritte Stück einen Eingriffsendabschnitt umfasst, der von dem anderen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke entfernt liegt und der mit dem ersten Eingriffsabschnitt des ersten Stücks in Eingriff steht, so dass der erste, zweite und dritte Bestandteil den dickwandigen Abschnitt bilden.
Das Verstärkungselement gemäß der obenstehenden bevorzugten Ausführungsform des vierten Aspekts dieser Erfindung weist die drei verschiedenen Stücke auf. Das Verstärkungselement kann zwei oder mehrere erste Stücke umfassen, die miteinander so in Eingriff stehen, dass der ersten Eingriffsabschnitt eines der ersten Stücke den zweiten Eingriffsabschnitt eines angrenzenden ersten Stücks der anderen oder des anderen ersten Stücks in Eingriff steht und so, dass die ersten und zweiten Eingriffsabschnitte der beiden äußeren ersten Stücke jeweils mit den zweiten und dritten Stücken in Eingriff stehen. In diesem Fall kann die Längsabmessung des dickwandigen Abschnitts des Verstärkungselements durch Ändern der Anzahl der miteinander in Eingriff stehenden ersten Stücke eingestellt werden. In Folge dessen ist die vorliegende Verstärkung wirksam, um es dem Strukturelement zu erlauben, eine erhöhte Biegesteifigkeit über die gewünschte Längsabmessung bereitzustellen, welche in Abhängigkeit von der spezifischen Länge des Körperabschnitts des Strukturelements veränderlich ist. Jedes der ersten, zweiten und dritten Stücke kann aus dem gleichen Material geformt werden. Die ersten, zweiten und dritten Stücke können jedoch auch aus verschiedenen Materialien geformt werden. Beispielsweise können die zweiten und dritten Stücke mit den Abschnitten abnehmender Wanddicke, welche die entgegengesetzten Endabschnitt des Verstärkungselements darstellen aus einem Material geformt werden, dessen Steifigkeit niedriger ist als die des ersten Stücks.
Es ist klar, dass das Verstärkungselement aus einem Stück oder einer Mehrzahl von Stücken bestehen kann, welche um die Mittellinie des Körperabschnitts herum angeordnet sind und zu einem Verstärkungselement zusammengefügt wurden. Es ist ebenso klar, dass eine Mehrzahl von Verstärkungselementen, die aus einem einzigen Stück bestehen, in Längsrichtung des Körperabschnitts angeordnet sein können, so dass die Verstärkungselemente aneinander angrenzend oder voneinander beabstandet angeordnet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des vierten Aspekts der Erfindung hat der Hohlstrukturabschnitt eine im Wesentlichen röhrenförmige Struktur und der dickwandige Abschnitt besteht aus einer festen bzw. Vollmaterialtrennwand, wie obenstehend bezüglich der zweiten bevorzugten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung beschieben, wobei jede feste Trennwand entgegengesetzte Kugelsegementoberflächen aufweist, die jeweils eine Krümmung mit einem Mittelpunkt auf einer Mittellinie der im Wesentlichen röhrenförmigen Struktur jedes Verstärkungselements aufweisen, wobei jede Kugelsegmentoberfläche übergangslos an die Abschnitte abnehmender Dicke anschließt. Das Verstärkungselement wird in einem Verfahren hergestellt, dass einen Schmiedeschritt des Kaltschmiedens eines Rohlings zu einem Blech umfasst, aus dem das Verstärkungselement geformt wird.
Bei der obenstehenden bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Verstärkungselement mit dem Verfahren mit dem Kaltschmiedeschritt hergestellt wird, kann das Verstärkungselement leichter und billiger hergestellt werden, als wenn es durch Zerspanung hergestellt wird. Ferner weist das so hergestellte Verstärkungselement eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit bei einer vergleichsweise geringen Wanddicke und einem dementsprechend verringerten Gewicht auf. Des Weiteren haben die Abschnitt abnehmender Dicke eine kontinuierlich abnehmende Wanddicke, welche vergleichsweise leicht durch Schmieden eines geeigneten Rohlings, wie beispielsweise eines zylindrischen Rohlings, mit einer relativ geringen Anzahl von Schmiedevorgängen geformt werden können, so dass die Lebensdauer der Schmiedeform entsprechend gesteigert werden kann.
Das Verstärkungselement gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch mit jedem anderen Verfahren mit einem Zerspanungsschritt oder mit Gießen (z. B. Aluminiumdruckgießen) hergestellt werden. Falls das Verstärkungselement mit einem Verfahren mit einem Kaltschmiedeschritt wie obenstehend beschrieben hergestellt wird, wird das Verstärkungselement bevorzugt aus einem Material geformt, welches während des Schmiedevorgangs leicht fließen kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obenstehende und optionale Aufgaben, Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung von momentan bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlich, in denen:
Fig. 1(a) und 1(b) eine hervorgehobene Frontansicht und Draufsicht eines Aufprall- bzw. Stoßfangträgers einer Seitentür eines Kraftfahrzeugs darstellen, welcher gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 1(c) eine entlang der Linie 1(c)-(c) der Fig. 1(b) aufgenommene Querschnittsansicht ist;
Fig. 2(a) eine Querschnittsansicht in Längsrichtung eines axialen Mittelteils des Stoßfangträgers beim dem eine Verstärkung vorgesehen ist, wobei die Ansicht in der Ebene mit der Mittellinie O des Stoßfangträgers aufgenommen ist;
Fig. 2(b) und 2(c) sind Querschnittsansichten in Querrichtung, die entlang der Linie 2(b)-(b) und Linie 2(c)-(c) der Fig. 2 (a) aufgenommen sind;
Fig. 3 ist eine Ansicht, die die Abmessungen des in den Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) gezeigten Verstärkungselements anzeigt;
Fig. 4 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Biegeversuchs am Stoßfangträger der Fig. 1(a), 1(c);
Fig. 5 ist ein Graph, der ein Ergebnis des Biegeversuchs am Stoßfangträger anzeigt;
Fig. 6 ist eine teilweise ausgeschnittene Ansicht eines Stoßfangträgers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7(a) ist eine fragmentarische Querschnittsansicht in Längsrichtung des Stoßfangträgers aus Fig. 6, die ein Endverstärkungselement vergrößert darstellt;
Fig. 7(b) und 7(c) sind Querschnittsansichten in Querrichtung entlang der Linie 7(b)-(b) und der Linie 7(c)-(c) der Fig. 7 (a) aufgenommen wurden;
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht in Querrichtung eines Verstärkungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung, wobei die Ansicht in einer Ebene mit der Mittellinie O des Verstärkungselements aufgenommen wurde;
Fig. 9 ist eine Ansicht, die eine Spannungsverteilung in einem nicht mit dem Verstärkungselement ausgestatteten Stoßfangträger anzeigt, die durch FEM (finite-Element- Methode)-Analyse des belasteten Stoßfangträgers gewonnen wurde;
Fig. 10 ist ein Graph, der die Spannungsverteilung der Fig. 9 bezüglich eines Abstands vom Lastbeaufschlagungspunkt anzeigt, an dem ein maximaler Spannungswert σmax erzielt wurde;
Fig. 11 ist ein Graph, der eine Last-Versatz- Beziehung anzeigt, die als Ergebnis eines Biegeversuchs an einem mit dem Verstärkungselement der Fig. 8 ausgestatteten Stoßfangträgers gewonnen wurde;
Fig. 12(a) und 12(b) sind Ansichten zur Erläuterung einer Herstellung des Verstärkungselements der Fig. 8 durch Kaltschmieden;
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung des Stoßfängerbalkens einer Seitentür eines Kraftfahrzeugs, welcher gemäß einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung aufgebaut ist und welcher einen integral eingeformten Verstärkungsabschnitt aufweist, wobei die Ansicht in der Ebene mit der Mittellinie O des Stoßfängerbalkens aufgenommen ist;
Fig. 14 ist eine Ansicht zur Erläuterung eines Herstellungsverfahrens des Stoßfängerbalkens von Fig. 13;
Fig. 15 ist eine Ansicht zur Erläuterung von Schritt 1 (Warmwalzschritt) im Verfahren aus Fig. 14;
Fig. 16 ist eine Ansicht zur Erläuterung von Schritt 3 (Schneideschritt) des Verfahrens von Fig. 14;
Fig. 17(a) und 17(b) sind eine hervorgehobene Frontansicht und eine Bodenebenenansicht eines zur Ausformung des Stoßfängerbalkens von Fig. 13 verwendeten länglichen bzw. langgezogenen Streifens;
Fig. 17(c) ist eine entlang einer Linie 17(c)-(c) in Fig. 17(a) aufgenommene Querschnittsansicht;
Fig. 18 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung eines Verstärkungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei die Ansicht in einer Ebene mit der Mittellinie O des Verstärkungselements aufgenommen ist;
Fig. 19 ist eine Ansicht, die eine Last-Versatz- Beziehung anzeigt, die als Ergebnis eine Biegeversuchs am Verstärkungselement der Fig. 18 erhalten wird;
Fig. 20 ist eine perspektivische Ansicht eines zylindrischen Vollkörper-Verstärkungselements als vergleichbares Beispiels, welches im Wesentlichen das gleiche Gewicht wie das Verstärkungselement der Fig. 3 aufweist;
Fig. 21 ist eine perspektivische Ansicht eines röhrenförmigen Verstärkungselements als weiteres vergleichbares Beispiel, welches im Wesentlichen das gleiche Gewicht wie das Verstärkungselement der Fig. 20 aufweist;
Fig. 22 ist eine Ansicht, die eine Last-Versatz- Beziehung anzeigt, die als Ergebnis eines Biegeversuchs am vergleichbaren Verstärkungselement der Fig. 20 erhalten wurde;
Fig. 23 ist eine Ansicht, die eine Last-Versatz- Beziehung anzeigt, die als Ergebnis eines Biegeversuch am vergleichbaren Verstärkungselement der Fig. 21 erhalten wurde;
Fig. 24 ist eine Ansicht, die die Ergebnisse der Biegeversuchs an den Verstärkungselementen der Fig. 3, 8, 18, 20 und 21 anzeigt;
Fig. 25 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung eines Verstärkungselements gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei die Ansicht in einer Ebene mit einer Mittellinie O des Verstärkungselements aufgenommen wurde ist;
Fig. 26(a) ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung eines ersten Stücks des Verstärkungselements der Fig. 25, wobei die Ansicht in einer Ebene mit einer Mittellinie O des Verstärkungselements aufgenommen worden ist;
Fig. 26(b) und 26(c) sind hervorgehobene Endansichten des ersten Stücks der Fig. 26, die jeweils in Richtung zum ersten und zweiten Eingriffsabschnitt 92, 94 aufgenommen worden sind;
Fig. 27 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung eines zweiten Stücks des Verstärkungselements der Fig. 25, wobei die Ansicht in einer Ebene mit der Mittellinie O des Verstärkungselements aufgenommen wurde;
Fig. 28 ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung eines dritten Stücks des Verstärkungselements der Fig. 25, wobei die Ansicht in einer Ebene mit der Mittellinie O des Verstärkungselements aufgenommen worden ist;
Fig. 29(a) ist eine hervorgehobene Endansicht eines verstärkenden Stücks des Verstärkungselements der Fig. 25;
Fig. 29(b) ist eine Querschnittsansicht des verstärkenden Stücks der Fig. 29(a), wobei die Ansicht in einer Ebene mit der Mittellinie des Stücks aufgenommen worden ist;
Fig. 30 bis 34 sind Querschnittsansichten in Längsrichtung von Verstärkungselementen gemäß weiteren Ausführungsformen dieser Erfindung, wobei jede dieser Ansichten in einer Ebene mit einer Mittellinie O des Verstärkungselements aufgenommen worden ist;
Fig. 35 ist eine hervorgehobene Seitenansicht einer strukturellen Anordnung bzw. eines strukturellen Aufbaus eines Kraftfahrzeugs;
Fig. 36(a) ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung einer B-Säule der Struktur bzw. des Aufbaus der Fig. 35;
Fig. 36(b) ist eine Querschnittsansicht in Querrichtung, die entlang der Linie A-A der Fig. 36(a) aufgenommen worden ist;
Fig. 37(a) ist eine perspektivische Ansicht einer Seitentürtaillierung der Struktur der Fig. 35, die eine Form des Querschnitts in Querrichtung der Seitentürtaillierung zeigt;
Fig. 37(b) und 37(c) sind Querschnittsansichten, die entlang einer Linie Bb-Bb und einer Linie Bc-Bc der Fig. 36(a) auf genommen worden sind;
Fig. 38(a) ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung eines Seitenschwellers der Struktur von Fig. 35, wobei die Ansicht in einer Ebene mit einer Mittellinie des Seitenschwellers aufgenommen worden ist;
Fig. 38(b) ist eine perspektivische Ansicht des Seitenschwellers der Fig. 38(a), die eine Form des Querschnitts in Querrichtung des Seitenschwellers zeigt;
Fig. 39(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Frontabschnitts der Struktur von Fig. 35 mit einer A- Säule;
Fig. 39(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie Db-Db der Fig. 39(a) aufgenommen worden ist;
Fig. 39(c) ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie Dc-Dc der Fig. 39(b) aufgenommen worden ist;
Fig. 40(a) ist ein unterer Frontabschnitt der Struktur der Fig. 35 mit einem vorderen Querelement;
Fig. 40(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie Eb-Eb der Fig. 40(a) aufgenommen worden ist;
Fig. 40(c) und 40(d) sind Querschnittsansichten, die jeweils entlang einer Linie Ec-Ec und Ed-Ed der Fig. 40(b) aufgenommen worden sind;
Fig. 41(a) ist eine Ansicht eines Frontabschnitts der Struktur von Fig. 35 mit einem vorderen Seitenelement;
Fig. 41(b) ist eine fragmentarische Ansicht, die ein Teil des Frontabschnitts von Fig. 41(a) vergrößert darstellt;
Fig. 41(c) und 41(d) sind Querschnittsansichten, die entlang einer Linie Fc-Fc und einer Linie Fd-Fd der Fig. 41(b) aufgenommen worden sind;
Fig. 42(a) ist eine Querschnittsansicht in Querrichtung einer Stoßstange mit einem Stoßstangenverstärkungsträger; und
Fig. 42(b) ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der Stoßstange von Fig. 42(a), die in einer Ebene mit einer Mittellinie O des Stoßstangenverstärkungsträgers aufgenommen worden ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zunächst bezugnehmend auf die Fig. 1(a), 1(b) und 1(c) wird ein Aufprallträger 10 einer Seitentür eines Kraftfahrzeugs gezeigt, welcher gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Es sei erwähnt, dass die Querschnittsansicht der Fig. 1(c) bezüglich der Ansichten der Fig. 1(a) und 1(b) zweifach vergrößert ist. Der Aufprallträger 10 umfasst einen Röhrenkörperabschnitt 12 mit einer in Querrichtung runden Querschnittsform, wie in Fig. 1(c) gezeigt ist, ein Paar Befestigungsabschnitte 14, die an den entgegengesetzten Axialenden des Röhrenkörperabschnitts 12 befestigt sind, und ein Verstärkungselement 16, das innerhalb eines axialen Mittelabschnitts des Röhrenkörperabschnitts 12 ortsfest angeordnet ist, wie in den Fig. 1(a) und 1(b) aufgezeigt.
Der Aufprallträger 10 ist an einem Rahmen der Seitentür des Fahrzeugs so befestigt, dass der Röhrenkörperabschnitt 12 in der Längs- bzw. Fahrtrichtung des Fahrzeugs verläuft, während die Oberseite des Aufprallträgers 10 in der Ansicht der Fig. 1(b) in Querrichtung zum Fahrzeugäußeren hin weist, so dass die obenstehend genannte Oberseite bei Kollision des Fahrzeugs an seiner Seitentür mit einem bestimmten Objekt eine Last aufnimmt. Der Aufprallträger 10 hat eine Gesamtlänge L1 von ca. 1104 mm, und der Röhrenkörperabschnitt 12 hat eine Länge L2 von ca. 950 mm. Die Endabschnitte des Röhrenkörperabschnitts 12 in die jeweiligen Befestigungsabschnitte 14 über eine Länge W von ca. 30 mm eingesetzt und an die Befestigungsabschnitte 14 über eine Länge von ca. 25 mm angeschweisst, beispielsweise durch Lichtbogenschweissen.
Der Röhrenkörperabschnitt 12 ist aus einem flachen, rechteckigen Stahlblech geformt, beispielsweise einem Stahlblech SPFC1270Y, JIS (japanische Industrienorm) mit einer Zugfestigkeit von ca. 130 kgf/mm² und einer Dicke von 1,6 mm. Im Einzelnen wird das Stahlblech zu einer Röhrenform mit einem hohen Rundheitsgrad geformt, so dass die entgegengesetzten Längskanten stumpf aneinander schlagen. Das derart ausgeformte Rohr wird durch Lichtbogenschweissen beispielsweise an einem axialen Mittelabschnitt der Röhre über eine Länge von 400 mm entlang der aneinandergeschlagenen Kanten so verschweisst, dass sich der verschweisste Abschnitt 12a über 200 mm von einem axialen Mittelpunkt S der Röhre in die entgegengesetzten Axialrichtungen erstreckt. Der so erhaltene Röhrenkörperabschnitt 12 hat einen Außendurchmesser von ca. 31,8 mm. Der Röhrerkörperabschnitt 12 ist an den Befestigungsabschnitten 14 so befestigt, die Unterseite des Körperabschnitts 12 in der Ansicht von Fig. 1(a) in Querrichtung zum Fahrzeuginneren hin weist.
Jeder der Befestigungsabschnitte 14 ist aus einem heißgebeizten, zinkbeschichteten Stahlblech geformt, beispielsweise einem Stahlblech SGC440, JIS mit einer Zugfestigkeit von 45 kgf/mm² und einer Dicke von 1,2 mm. Im Einzelnen ist das Stahlblech durch das Pressen in die Befestigungsabschnitte 14 mit einer Öffnung 14a ausgeformt, welche einen halbrunden Boden hat, dessen Krümmungsradius im Wesentlichen gleich dem der Außenumfangsoberfläche des Röhrenkörperabschnitts 12 ist. Das heißt, dass die Breite der Öffnung 14a in der Richtung senkrecht zur Dickenrichtung des Befestigungsabschnitts 14 im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Röhrenkörperabschnitts 12 ist. Die entgegengesetzten Endabschnitte des Röhrenkörperabschnitts 12 werden in den Öffnungen 14a der Befestigungsabschnitte 14 aufgenommen und beispielsweise durch Lichtbogenschweissen an die Befestigungsabschnitte 14 gesichert. Jeder Befestigungsabschnitt 14 weist ein Paar von Bohrungen 14b auf, welche Pilotbohrungen sind, die durch das Stahlblech ausgebildet sind und in einer Pressbearbeitung zur Ausbildung des Befestigungsabschnitts 14 verwendet werden. Diese Bohrungen 14b werden durch Schweissen verfüllt. Die Länge und Position beim Schweissen des verschweissten Abschnitts 12a des Röhrenkörperabschnitts 12 kann wie benötigt geändert werden. Der verschweisste Abschnitt 12a kann über die gesamte Länge des Körperabschnitts 12 vorgesehen sein.
Als nächstes Bezug nehmend auf die Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) wird das Befestigungselement 16 beschrieben. Das Befestigungselement 16 ist ein röhrenförmiges Element, welches eine in Querrichtung runde Querschnittsform aufweist, wie in den Fig. 2(b) und 2(c) angezeigt, und einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Röhrenkörperabschnitts 12 ist. Die röhrenförmige Verstärkung 16 ist innerhalb des Röhrenkörperabschnitts 12 so angeordnet, dass das Verstärkungselement in enger Anlage an seiner Außenumfangsoberfläche mit der Innenumfangsoberfläche des Körperabschnitts 12 gehalten wird. Das Verstärkungselement 16 umfasst einen dickwandigen Abschnitt in der Form einer Vollmaterial-Trennwand 18, die an seinem Längs- oder Axialenmittelabschnitt so ausgeformt ist, dass sich die Trennwand 18 in die Radialrichtung erstreckt, so dass das Innere des Verstärkungselements durch die Trennwand 18 in zwei axiale Bereiche unterteilt ist. Die Trennwand 18 hat eine Dicke, die so bestimmt ist, dass sie dem Verstärkungselement 16 einen ausreichenden Grad an Dicke, Steifigkeit oder Festigkeit verleiht. Die Dicke ist die Abmessung in der Längsrichtung des Verstärkungselements 16.
Das Verstärkungselement 16 umfasst ferner entgegengesetze Endabschnitte in der Form von Abschnitten 20, 20 abnehmender Dicke, die jeweils über eine festgelegte Länge E bis zu einem jeweiligen Außenende so ausgeformt sind, dass die beiden Abschnitte 20,20 abnehmender Dicke bei dazwischen angeordneter Trennwand 18 in der Längsrichtung des Verstärkungselements 16 zueinander symetrisch sind. Jeder Abschnitt 20 abnehmender Dicke hat eine konische Innenumfangsoberfläche, so dass der Innendurchmesser in der Längsrichtung von der Trennwand 18 zum jeweiligen Außenende hin ansteigt, so dass die Wanddicke des Abschnitts 20 abnehmender Dicke in der obenstehend angezeigten Längsrichtung linear abfällt bis die Wanddicke an den Außenenden im Wesentlichen null ist um eine Kante zu bilden.
Das Verstärkungselement 16 umfasst ebenfalls zwei Abschnitte 22 konstanter Dicke, die jeweils zwischen der Trennwand 18 und den jeweiligen der beiden Abschnitte 20 abnehmender Dicke (obenstehend beschrieben) ausgeformt sind. Jeder Abschnitt 22 konstanter Dicke hat einen konstante Wanddicke über seine Gesamtlänge in Längsrichtung des Verstärkungselements 16. Die Rate der Änderung oder des Abfallens der Wanddicke (Konuswinkel) und die Länge E der Abschnitte 20 abnehmender Dicke sowie die Wanddicke an den Außenende dieser Abschnitte 20 sind so festgelegt, dass die Biegesteifigkeit des Verstärkungselements 16 in Axialrichtung nach Außen sanft abnimmt und an den Außenenden (Kanten) fast null wird um Rissbildung oder Bruch des Röhrenkörperabschnitts 12 auf Grund von Spannungskonzentrationen an den Endabschnitten des Verstärkungselements 16 zu verhindern. Zwischen der Trennwand 18 und den Abschnitten 22 konstanter Wanddicke sind ringförmige Ausrundungen 23 mit einem geeigneten Krümmungsradius ausgebildet um plötzliche Änderungen der Biegesteifigkeit des Verstärkungselements 16 und daraus sich ergebenden Spannungskonzentrationen an den Teilen zwischen der Trennwand 18 und den Abschnitten 22 konstanter Dicke zu vermeiden.
Das Verstärkungselement 16 ist bezüglich seiner Mitteillinie O in allen radialen Richtungen symetrisch. D. h. die Wanddicke des Verstärkungselements 16 an jeder axialen Position ist in der Umfangsrichtung konstant. Daher kann das Verstärkungselement 16 innerhalb des Röhrenkörperabschnitts 12 ohne spezifisches positionierendes Verstärkungselements 16 relativ zum Röhrenkörperabschnitt. 12 in Umfangsrichtung angeordnet werden. Die Wanddickenwerte der Abschnitte 18, 20, 22 und der Krümmungsradius der Ausrundungen 23 können wie benötigt in Abhängigkeit vom Material des Verstärkungselements 16 festgelegt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Verstärkungselement 16 aus einem gekohlten Stahl (der für Strukturelemente verwendet wird) ausgeformt, bspw. SC45, JIS, und weist die Abmessungen auf (in mm) die in Fig. 3 angezeigt sind sowie ein Gewicht W von ca. 122 gf. Das Verstärkungselement 16 kann durch kaltschmieden oder Zerspanung ausgeformt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Verstärkungselement 16 durch Zerspanen ausgeformt und in den Röhrenkörperabschnitt 12 durch eines der beiden entgegengesetzten offenen Ende des Körperabschnitts 12 eingepresst, bevor die Befestigungsabschnitte 14 an den Körperabschnitt 12 angeschweist werden. Wenn das Verstärkungselement 16 in den Röhrenkörperabschnitt 12 eingepresst wird, wird das Verstärkungselement 16 in Längsrichtung relativ zum Körperabschnitt 12 durch eine geeignete Schablone positioniert, die in den Körperabschnitt 12 durch das andere offene Ende des Körperabschitts 12 eingeführt wird, so dass der axiale Mittelpunkt (Trennwand 18) des Verstärkungselements 16 im Wesentlichen fluchtend mit oder auf dem axialen Mittelpunkt S des Körperabschnitts 12 angeordnet ist, wie in Fig. 2(a) angezeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Verstärkungselement 16 an dem Körperabschnitt 12 nur mittels einer Presspassung befestigt. Das Verstärkungselement 16 kann jedoch auch durch andere Mittel an dem Körperabschnitt 16 befestigt sein, wie beispielsweise durch Schweissen oder durch ein Klebemittel, wie beispielsweise ein Harzmaterial.
Wie obenstehend beschrieben ist der Aufprallträger 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch das Verstärkungselement 16 verstärkt, welches die Trennwand 18 an seinem axialen Mittelabschnitt und die Abschnitte 20 abnehmender Dicke als die axial entgegengesetzten Endabschnitte aufweist, die über die Länge E ausgeformt sind, so dass die Wanddicke jedes Abschnitts 20 abnehmender Dicke in der Axialrichtung nach Außen zum Ende hin linear abnimmt, so dass die Dicke am Ende fast null ist. Das Verstärkungselement 16 ist an dem axialen Mittelabschnitt des Röhrenkörpers 12 befestigt, so dass der Aufprallträger 10 eine ausreichend hohe Knickwiderstandsfähigkeit um den axialen Mittelpunkt S des Körperabschnitts 12 aufweist und nicht an Spannungskonzentrationen um die Enden des Verstärkungselements 16 herum leidet. In folge dessen ist die Biegesteifigkeit des Aufprallträgers 10 wirksam erhöht auf einen praktisch befriedigenden Wert, ohne eine in Betracht zu ziehende Größe des Anstiegs des Gewichts und der Herstellungskosten des Aufprallträgers 10 auf Grund der Bereitstellung des Verstärkungselements 16.
Ferner gibt der dickwandige Abschnitt in der Form der Trennwand 18 dem Verstärkungselement 16 eine signifigant gesteigerte Widerstandsfähigkeit gegen Knicken, während die Abschnitte 20 abnehmender Dicke, deren Wanddickenwert linear abfällt vergleichsweise leicht und ökonomisch ausgeformt werden können. Zusätzlich erlauben es die Abschnitte 22 konstanter Dicke mit einer konstanten Wanddicke, die zwischen der Trennwand 18 und den Abschnitten 20 abnehmender Dicke ausgeformt sind, um die Ausrundungen 23 dazwischen auf einen geeigneten Krümmungsradius zu begrenzen, in Abhängigkeit von der Längenabmessung der Abschnitte 22 konstanter Dicke dem Verstärkungselement 16 eine gewünschte Biegesteifigkeit zu verleihen. Dementsprechend kann durch geeignetes Bestimmen der Längenabmessung der Abschnitte 22 konstanter Dicke das Verstärkungselement 16 für verschiedene Aufprallträger 10 eingesetzt werden, deren Röhrenkörperabschnitt 12 verschiedene Längenabmessungen aufweisen.
Um die Vorteile der vorliegenden Ausführungsform weiter zu verdeutlichen wurde am Aufprallträger 10 ein Biegeversuch durchgeführt, wobei ein Versuchsaufbau wie in Fig. 4 gezeigt verwendet wurde. Um den Biegeversuch durchzuführen wurde der Aufprallträger 10 auf den Versuchsaufbau aufgesetzt, wobei zuerst die beiden Befestigungsabschnitte 14 an den jeweiligen Metallabstützelementen 24 durch Lichtbogenschweisen befestigt wurden und anschliesend die Abstützelemente 24 an einer Oberflächenplatte 26 des Versuchsaufbaus durch Bolzen bzw. Schrauben 29 befestigt wurden. Die beiden Abstützelemente 24, von denen jedes eine U-Form im Querschnitt aufweist, wurden auf der Oberflächenplatte 26 so angeordnet, dass die U-förmigen Öffnungen der Abstützelemente 23 zueinander hin gerichtet waren. Die Abstützelemente 24 sind durch jeweilige Verstärkungsbleche 28 verstärkt, die daran durch Lichtbogenschweisen befestigt sind, um hochfeste Abstützstrukturen 24, 28 bereitzustellen, die im Wesentlichen keiner Verformung beim Biegeversuch unterliegen. Der Aufprallträger 10 war so positioniert, dass er eine im Wesentlichen horizontale Lage einnimmt, so dass der geschweiste Abschnitt 12a des Körperabschnitts 12, welcher beim Einbau in das Fahrzeug in Querrichtung nach innen weisen soll, auf der Unterseite des Aufprallträgers 10 angeordnet ist bzw. nach unten weist.
In diesem Zustand wurde das Pendel 30 mit einer halbrunden Querschnittsform - wie in Fig. 4 gezeigt - im Wesentlichen in der Vertikalrichtung auf den axialen Mittelpunkt S des Röhrenkörperabschnitts 12 in der Vertikalrichtung abgesenkt. Das Pendel 30 hat einen Krümmungsradius von 152 mm und eine Dicke von 40 mm. Die Größe des Versatzes des Körperabschnitts 12 am Mittelpunkt S (d. h. die Größe der nach unten Bewegung des Pendels 30) nach unten wurde bei verschiedenen Lastwerten, die auf den Körperabschnitt 12 über das Pendel 30 wirken, gemessen.
Der Graph von Fig. 5 zeigt eine Beziehung zwischen der Größe des Versatzes und der Last. Das Pendel 30 wurde über seinen max. Arbeitshub von 202,3 mm, d. h. auf sein unteres Hubende abgesenkt ohne Bruch oder Knicken des Aufprallträgers 10. Die am unteren Hubende des Pendels 30 gemessene Maximallast betrug 3367 kgf. Wie in Reihe eins der Tabelle in Fig. 24 angezeigt, betrug die Größe der Energieaufnahme durch den Aufprallträger 10 zur Zeit, als das Pendel 30 auf sein unteres Hubende abgesenkt wurde 318,7 kgfm, wobei die mittlere Last 1576,9 kgf war. Die Energieaufnahmegröße ist ein Integral der Lastwerte über die Zeit während das Pendel 30 auf einen gegebenen Punkt (auf das untere Hubende im oberen Fall) abgesenkt wird, wobei die mittlere Last durch Division der Energieaufnahmegröße durch den Versatz erhalten wird. Die Reihe eins der Tabell von Fig. 24 zeigt auch die Energieaufnahmegröße und die mittlere Last an, wenn der Versatz 152 mm (6 inch) beträgt. Eine gestrichelte Linie im Graphen der Fig. 1 zeigt diesen Versatzwert von 152 mm an.
Nun werden verschiedene weitere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei die gleichen Bezugszeichen verwendet werden wie bei der ersten Ausführungsform, um funktional entsprechende Elemente zu kennzeichnen und redundante Beschreibungen dieser Elemente vermieden werden.
Unter Bezugnahme auf die teilweise ausgeschnittene Ansicht der Fig. 6 wird ein Aufprallträger 33 für eine Seitentür eines Kraftfahrzeugs gezeigt, welcher gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung aufgebaut ist. Der Aufprallträger 33 ist im Aufbau im Wesentlichen gleich dem Aufprallträger 10 der Fig. 1(a)-1(c) mit Ausnahme der Bereitstellung eines Endverstärkungselements 34, das in jedem der entgegengesetzten Axialendabschnitte des Röhrenkörperabschnitts 12 zusätzlich zum Zwischenverstärkungselement 16 angeordnet ist.
Das Endverstärkungselement 34 wird in den Fig. 7(a), 7(b) und 7(c) vergrößert dargestellt. Dieses Endverstärkungselement 34 ist ein röhrenförmiges Element, welches einen Außendurchmesser aufweist, der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Röhrenkörperabschnitts 12 ist. Das Endverstärkungselement 34 ist so angeordnet, dass seine Außenumfangsoberfläche in im Wesentlichen enger Anlage mit der Innenumfangsoberfläche des Röhrenkörpers 12 gehalten wird. Das Röhrenelement des Endverstärkungselements 34 wird durch einen Bodenabschnitt 36 an einem seiner Axialenden abgeschlossen, wodurch das entsprechende Ende des Röhrenkörperabschnitts 12 abgeschlossen wird. Der Bodenabschnitt 36 hat eine Wanddicke, die so bestimmt wird, dass sie eine gewünschte Biegesteifigkeit bzw. - festigkeit aufweist. Das Endverstärkungselement 34 hat ferner einen Abschnitt 38 abnehmender Dicke, dessen Innenumfangsoberfläche konisch ist, so dass die Wanddicke in der Axialrichtung vom Bodenabstand 36 zum obenstehend genannten einen Axialende zum anderen, offenen inneren Axialende hin, linear abnimmt, d. h., zum axialen Mittelabschnitt des Körperabschnitts 12 hin. Die Dicke des Abschnitts 38 abnehmender Dicke ist im Wesentlichen null an seinem inneren Axialende. Die Abnahmerate (Konuswinkel) des Abschnitts 38 abnehmender Dicke und die Dicke des inneren Axialendes des Abschnitts 38 sind so bestimmt, dass die Biegesteifigkeit bzw. -festigkeit in der obenstehend genannten Axialrichtung sanft abnimmt, so dass die Biegesteifigkeit am inneren Axialende des Abschnitts 38 im Wesentlichen null ist um Rissbildung oder Bruch des Röhrenkörperelements 12 auf Grund von Spannungskonzentrationen um das innere Axialende des Abschnitts 38 herum zu vermeiden. Das Endverstärkungselement 34 wird innerhalb des Körperabschnitts 12 durch geeignete Mittel gehalten, wie beispielsweise einem Klebemittel, so dass die Außenendoberfläche des Bodenabschnitts 36 im Wesentlichnen bündig mit den entsprechenden Endflächen des Körperabschnitts 12 ist. Die axiale Abmessung der Endverstärkung 34 ist so bestimmt, dass sein Innenende vom Innenende des ensprechenden Befestigungsabschnitts 14 um eine geeignete Entfernung in der Axialrichtung zum Mittelabschnitt des Körperabschnitts 12 beabstandet ist. Das Endverstärkungselement 34 besteht aus einem Material, das gleich dem des Verstärkungselements 16 ist. Beispielsweise ist das Endverstärkungselement 34 aus einem gekohlen Stahl ausgebildet, der allgemein für Strukturelemente verwendet wird.
Der Aufprallträger 32 der vorliegenden zweiten Ausführungsform der Erfindungen hat die obenstehend unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschriebenen Vorteile. Ferner umfasst der vorliegende Aufprallträger 32 die Endverstärkungselemente 34, die innerhalb der entgegengesetzen Abschnitte des Körperabschnittes 12 angeordnet sind und hat einen zusätzlichen Vorteil beim Knickwiderstand und bei der Biegesteifigkeit an den engegengesetzten Endabschnitten des Röhrenkörperabschnitts 12, an dem der Körperabschnitt 12 an die Befestigungsabschnitte 14 befestigt ist, durch die die Last vom Rahmenelement der Seitentür aufgenommen wird. Wie obenstehend beschrieben ist jedes Endverstärkungselement 34 ein Röhrenelement, das den Endabschnitt 36 an einem seiner Axialenden aufweist und den Abschnitt 38 abnehmender Dicke dessen Wanddicke in der Axialrichtung vom Bodenelement 36 zum anderen oder inneren Axialende hin linear abnimmt, so dass die Wanddicke am inneren Axialende im Wesentlichen null ist. Diese Endverstärkungselemente wirken zusammen mit dem zentralen Verstärkungselement 16 zur Verstärkung des Mittelabschnitts des Körperabschnitts 12 um den gesamten Stoßwiderstand und Stoßenergieabsorbtions-Charakteristik zu verbessern. Zusätzlich ist die kontinuierliche Verringerung der Wanddicke des Endverstärkungselements 34 auf im Wesentlichen einen null-Wert am Innenende des Endverstärkungselements 34 wirksam, um die Spannungskonzentration um das Innenende des Endverstärkungselements 34 zu verhindern, wodurch die Möglichkeit von Rissbildung und Bruch des Körperabschnitts 12 in der Nähe des Innenendes des Endverstärkungselements 34 minimiert wird.
Bezug nehmend auf die Fig. 8 wird ein Verstärkungselement 40 gezeigt, das gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung aufgebaut ist. Das Verstärkungselement 40 umfasst einen dickwandigen Abschnitt in der Form einer festen Trennwand 42 und zwei Abschnitte 44 abnehmender Dicke an den entgegengesetzten Seiten der Trennwand 42. Die Wanddicke der Trennwand 42 ändert sich nichtlinear einem Muster der Spannungsverteilung folgend, wenn der Aufprallträger einer Last unterworfen wird. Im Einzelnen ist jede der entgegengesetzten Oberflächen der Trennwand 42 einen kugelsegmentförmige Oberfläche mit einer geeigneten Krümmung, deren Mittelpunkt auf der Mittellinie O des Röhrenverstärkungselements 40 angeordnet ist. Die Dicke der Trennwand 42 ist an der Mittellinie O minmal und steigt nichtlinear in der Radialrichtung nach Außen an, so dass die Trennwand 43 an ihrem radialen Außenende übergangsfrei an die dickwandigen Enden der Abschnitte 44 abnehmender Dicke anschließt, deren Wanddicke sich linear ändert, wobei ihr Innendurchmesser in den entgegengesetzten axialen Richtungen von der Trennwand 42 aus zu den Enden des Verstärkungselements 40 hin linear ansteigt. Das Verstärkungselement 40 ist bezüglich der Mittellinie O und bezüglich der Trennwand 42 symmetrisch.
Fig. 9 zeigt eine Spannungsverteilung auf einem Aufprallträger 10' der aus dem Röhrenkörperabschnitt 12 und den Befestigungsabschnitten 14 besteht aber keine Verstärkung umfasst. Diese Spannungsverteilung wurde bei einer FEM (Finite-Elemente-Methode)-Analyse erzielt, wenn die Endefläche des Pendels 30 auf den Aufprallträger 10' am axialen Mittelpunkt S gedrückt wird, wie beim Biegeversuch der Fig. 4. Bei dieser Spannungsverteilung nimmt die Spannung in den entgegengesetzten Axialrichtungen des Aufprallträgers 10' mit einem Anstieg der Entfernung vom Lastbeaufschlagungspunkt (S) kontinuierlich ab, wie mit (1) bis (4) in Fig. 9 angezeigt. Die Spannung hat einen Maximalwert σmax am Lastbeaufschlagungspunkt oder Mittelpunkt S, wie im Graphen der Fig. 10 angezeigt. In diesem Graph ist die Entfernung (mm) vom Lastbeaufschlagungspunkt S entlang der Abscisse (rechte und linke Richtung in Fig. 9) aufgetragen, während der Wert der Spannung auf der Oberseite des Aufprallträgers 10' entlang der Ordinate aufgetragen ist. Es ergibt sich aus dem Graphen der Fig. 10, dass die Spannung mit der Entfernung vom Lastbeaufschlagungspunkt S sich nichtlinear ändert. Der Krümmungsradius der entgegengesetzten Kugelsegementoberflächen der Trennwand 42 des Verstärkungselements 40 ist so bestimmt, dass die Biegesteifigkeit oder -festigkeit des mit dem Verstärkungselement 40 ausgestatteten Aufprallträgers der Spannungsverteilung der Fig. 10 soweit wie praktisch möglich folgt.
Das Verstärkungselement 40 ist aus einer Aluminiumlegierung ausgeformt, im Einzelnen einer Aluminiumlegierung A5056, JIS und hat die in Fig. 8 angegebenen Abmessungen (mm) und ein Gewicht W von ca. 63 gf. Wie das Verstärkungselement 16 in der Fig. 2(a) ist das Verstärkungselement 40 durch Zerspanung ausgeformt und durch Einpressen in Röhrenkörperabschnitt 12 am axialen Mittelpunkt S des Körperabschnitts 12 befestigt.
Wie das in der ersten und der zweiten Ausführungsform der Fig. 2 und 6 verwendete Verstärkungselement 16 stellt das Verstärkungselement 40 gemäß der dritten Ausführungsform der Fig. 8 eine erhöhte Knickwiderstandsfähigkeit um den axialen Mittelpunkt 5 des Körperabschnitts 12 des Aufprallträgers zur Verfügung, während Spannungskonzentrationen an den entgegengesetzten Enden des Verstärkungselements 40 verhindert werden, so dass die Biegesteifigkeit des Aufprallträgers wirksam auf ein in der Praxis zufriedenstellenden Niveau angehoben ist, während der Anstieg des Gewichts und der Kosten der Herstellung des Aufprallträgers aufgrund der Verwendung des Verstärkungselements 40 mimiert werden. Insbesondere die Verwendung einer Aluminiumlegierung reduziert das Gewicht des Verstärkungselements 40 beträchtlich, d. h. auf ca. die Hälfte von dem eines Verstärkungselements 16 aus gekohltem Stahl. Ferner bietet der dickwandige Abschnitt in der Form der Trennwand 42, deren Wanddicke sich nichtlinear ändert, einen erhöhten Knickwiderstand, während die Abschnitte 44 abnehmender Wanddicke, deren Wanddicke sich linear ändert, relativ leicht herzustellen sind, so wie die Abschnitte 20, 38 abnehmender Dicke.
Da die entgegengesetzten Kugelsegmentoberflächen der Trennwand 42 übergangslos an die Innenoberflächen der Abschnitte 44 abnehmender Dicke anschließen, hat das Verstärkungselement 40 eine Biegesteifigkeitsverteilung, die ähnlich der in Fig. 10 aufgezeigten Spannungsverteilung ist, so dass die Biegefestigkeit am wirksamsten erhöht ist, während der Anstieg des Gewichts und der Kosten des Aufprallträgers mimiert werden. Zusätzlich liegt der Mittelpunkt der Krümmung von jeder Kugelsegmentoberfläche der Trennwand 42 auf der Mittellinie 0 des Verstärkungselements 40, wobei die Trennwand 42 vergleichsweise leicht herzustellen ist.
Ein Biegeversuch wurde an dem Aufprallträger durchgeführt, indem das Verstärkungselement 40 anstatt des Verstärkungselements 16 in den Röhrenkörperabschnitt 12 eingepresst ist. Der Test wurde in der gleichen Weise wie beim Biegeversuch der Fig. 4 durchgeführt. Der Test dieses Aufprallträgers zeigte eine Last-Versatz-Beziehung wie mit dem Graphen der Fig. 11 angezeigt. Bei diesem Test, bei dem die Öffnungen 14b in den Befestigungsabschnitten 14 nicht gefüllt waren, waren die Befestigungsabschnitte 14 an den offenen Öffnungen 14b, wenn der Versatz auf 185,4 mm bei einer Beaufschlagung mit einer Last von 2944 kgf angehoben wurde. Wie in Reihe Nummer 2 der Tabelle der Fig. 24 angezeigt, war die Energieabsorbtionsmenge durch den Aufprallträger bei Maximallast (maximaler Versatz von 2944 kgf) 265,3 kgfm und die durchschnittliche Last 1431,0 kgf. Die maximalen Lastwerte in Fig. 24 entsprechen der Biegesteifigkeit.
Obwohl die Verstärkung 40 der Fig. 8 durch Zerspanung ausgeformt ist, kann sie durch Kaltschmieden wie in Fig. 12(a) und 12(b) gezeigt, ausgeformt sein. Das Kaltschmieden wird unter Verwendung einer Kaltschmiedeform 46 ausgeführt, die eine Formgebungsöffnung 48 aufweist, welche einen Innendurchmesser hat, der gleich dem Außendurchmesser des Verstärkungselements 40 ist. Die Schmiedeform 46 ist eingerichtet, um einen Auswerfer 52 und einen Stempel 56 im Bodenabschnitt der Formgebungsöffnung 48 aufzunehmen, wie in Fig. 12(a) angezeigt. Der Auswerfer 52 hat eine äußere Formgebungsoberfläche 50, welche ausgeformt ist, um der Kugelsegmentoberfläche der Trennwand 42 und der Innenumfangsoberfläche des Abschnitts 44 abnehmender Dicke zu folgen. Der Auswerfer 52 ist in der Formgebungsöffnung 48 vertikal beweglich. Die Schmiedeform 46 ist ferner eingerichtet, um einen Stempel 56 in einem oberen Abschnitt der Formgebungsöffnung 48 aufzunehmen. Der Stempel 56 hat eine Formgebungsoberfläche 54, die identisch mit der Formgebungsoberfläche 50 des Auswerfers 52 ist, wie in Fig. 12(b) angezeigt. Im Schmiedearbeitsgang wird der Stempel 56 in die Formgebungsöffnung 48 bis zu seinem festgelegten unteren Hubende auf den Auswerfer 52 zu abgesenkt, der in einer festgelegten Stellung gehalten wird.
Um das Verstärkungselement 40 durch Kaltschmieden auszuformen wird ein vollzylindrischer Rohling 58 aus Aluminiumlegierung A5056, JIS, dessen Außendurchmesser und Volumen (Masse) im Wesentlichen gleich denen beim Verstärkungselement 40 sind, in die Formgebungsöffnung 48 der Schmiedeform 46 eingelegt, während der Stempel 56 in vollständig zurückgezogener Stellung oberhalb der Form 46 angeordnet ist und der Auswerfer 52 an der festgelegten Stellung angeordnet ist, wie in Fig. 12(a) angezeigt. Der Rohling 58 wird einer Phosphatrostschutz- oder anderer Behandlung wie benötigt vor der Schmiedebearbeitung unterzogen. Im Zustand der Fig. 12(a) wird der Stempel 56 auf sein unteres Hubende in der Formgebungsöffnung 48 abgesenkt, wobei die Formgebungsoberfläche 54 zum Rohling 58 hin gerichtet ist, so dass der Rohling 58 zwischen den Formgebungsoberflächen 50, 54 des Auswerfers 52 und des Stempels 56 wie in Fig. 12(b) angezeigt geschmiedet wird, wodurch das Verstärkungselement 40 ausgeformt wird. Anschließend wird der Auswerfer 52 nach oben bewegt, wodurch das ausgeformte Verstärkungselement 40 aus der Formgebungsöffnung 48 herausgedrückt wird. Während der Rohling 58 zum Verstärkungselement 40 durch eine einzige Schmiedebearbeitung geschmiedet werden kann, können auch zwei oder mehrere Schmiedebearbeitungsvorgänge durchgeführt werden, um den Rohling 58 zum Verstärkungselement 40 zu schmieden. Falls nötig oder gewünscht, kann das geschmiedete Verstärkungselement einer End-Zerspanungsbearbeitung unterzogen werden.
Die Kaltschmiedebearbeitung zur Herstellung des Verstärkungselements 40 ist leichter und weniger kostenaufwendig als eine Zerspanungsbearbeitung und stellt eine höhere mechanische Festigkeit sicher, wodurch es ermöglicht wird, die benötigte Wanddicke des Verstärkungselements 40 zu verringern, was zu einem verringerten Gewicht des Verstärkungselements 40 führt. Ferner kann, da das Verstärkungselement 40 mit einer Wanddicke ausgeformt ist, die in den entgegengesetzten Axialrichtungen von der Trennwand 42 zu den entgegengesetzten Enden des Verstärkungselements 40 hin kontinuierlich abnimmt, die Schmiedebearbeitung leicht mit relativ geringen auf die Schmiedeform 46, Stempel 56 etc. wirkenden Lasten erzielt werden. Dies führt zu einer verlängerten Lebensdauer der Schmiedeform 46, und einer verringerten Anzahl von zum Schmieden des zylindrischen Rohling 58 zum Verstärkungselement 40 nötigen Schmiedebearbeitungsvorgängen. Die Schmiedebearbeitung wird durch die Verwendung eines Aluminiumlegierungsmaterials, welches während der Schmiedebearbeitung relativ leicht fließt, weiter vereinfacht.
Bezugnehmend auf Fig. 13 wird ein Aufprallträger 160 für eine Seitentür eines Kraftfahrzeugs im Querschnitt gezeigt, der in einer Ebene mit der Mittellinie O des Aufprallträgers 160 aufgenommen ist. Dieser Aufprallträger 60, welcher gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist, ist ein im Wesentlichen röhrenförmiges Element mit einem Verstärkungsabschnitt 162, der einstückig als ein axialer Mittelabschnitt des Röhrenelements ausgebildet ist. Der Verstärkungsabschnitt 162 hat einen ringförmigen Vorsprung 164, der an einem axialen Mittelteil einer Innenumfangsoberfläche ausgeformt ist. Dieser ringförmige Vorsprung 164 hat eine halbkreisförmige Form im Querschnitt, wie in Fig. 13 gezeigt. Der Verstärkungsabschnitt 162 hat ferner zwei Abschnitte 166, 166 abnehmender Dicke auf den entgegengesetzten Seiten des ringförmigen Vorsprungs 164. Die Innenumfangsoberfläche jedes Abschnitts abnehmender Dicke 166 ist konisch, so dass die Wanddicke des Abschnitts 166 abnehmender Dicke an seinem einen Ende, das an den ringförmigen Vorsprung 164 anschließt, maximal ist, und vom obenstehend genannten einen Ende in Axialrichtung zum anderen Ende hin linear abnimmt. Bei dieser Ausführungsform hat der Verstärkungsabschnitt 162 eine Länge von ca. 150 mm und der Aufprallträger 160 einen Außendurchmesser von ca. 31,8 mm. Die Wanddicke des Aufprallträger 160 an seinen nicht zum Verstärkungsabschnitt 162 gehörenden Abschnitten ist ca. 1,6 mm. Die Wanddicke des Verstärkungsabschnitts 162 ist am axialen Mittelpunkt des ringförmigen Vorsprungs 164 ca. 7,0 mm. Das heißt, die Radialabmessung von der Außenumfangsoberfläche des Aufprallträger 160 zur Spitze des ringförmigen Vorsprungs 164 ist ca. 7,0 mm. Der ringförmige Vorsprung 164 hat einen Krümmungsradius von ca. 4 mm. Die der Röhrenkörperabschnitt 12 des Aufprallträgers 10 ist der Aufprallträger 160 aus einem Stahlblech mit einer hohen Zugfestigkeit ausgeformt.
Ein Beispiel eines Herstellungsprozesses des Aufprallträgers 160 wird unter Bezugnahme auf das Durchlaufdiagramm der Fig. 14 beschrieben. Das Verfahren wird mit Schritt 1 eingeleitet, indem ein Rohling durch eine Walze 170 zu einem Blech 182 warm gewalzt wird, welches einer Vielzahl von Weiterbildungen des Aufprallträgers 160 entspricht, und zwar entlang einer geraden Linie, die parallel zur Achse oder Mittellinie O ist. Wie in Fig. 15 gezeigt, hat das Blech 182 einen Abschnitt 180 veränderlicher Dicke, der dem Verstärkungsabschnitt 162 entspricht. Der Abschnitt veränderlicher Dicke 180 hat die gleiche Dickenvariation wie die Wanddickenvariation des Verstärkungsabschnitts 162. Die Walze 170 hat eine ringförmige Rille 172, die in ihrem axialen Mittelteil ausgebildet ist, sowie ein Paar konische Abschnitte 174, die an den entgegengesetzten Seiten der ringförmigen Rille 172 ausgebildet sind. Die ringförmige Rille 172 hat im Querschnitt eine halbrunde Form, wobei jeder konische Abschnitt 174 einen Außendurchmesser hat, welcher von der ringförmigen Rille 172 aus zu seinem von der ringförmigen Rille 172 beabstandeten Ende hin in Axialrichtung kontinuierlich ansteigt.
Im nächsten Schritt 2 wird eine Mehrzahl von parallelen Schlitzen 168 wie in Fig. 16 gezeigt in der Oberfläche des Abschnitts 180 veränderlicher Dicke des Blechs 182 ausgeformt, wobei die Oberfläche durch die Walze 170 in Walz-Schritt 1 geformt wurde. Die Schlitze 168 werden mit einem festgelegten Abstand im Abschnitt 180 veränderlicher Dicke durch eine Schlitzwalze mit einer Mehrzahl von Klingen oder Zähnen zur Ausformung der Schlitze 168 ausgeformt. Die Klingen oder Zähne sind so ausgebildet, dass sie sich in Axialrichtung der Schlitzwalze zu erstrecken, wobei die Schlitzwalze stromab der Walze 170 angeordnet ist, so dass die Achsen der Walze 170 und der Schlitzwalze parallel zueinander sind. Durch das zueinander synchrone Drehen der Walzen wird der Schlitz-Schritt zum Ausformen der Schlitze 168 im Abschnitt 180 veränderlicher Dicke der Platte 182 nachfolgend auf den Walz-Schritt 1 durchgeführt, in dem das Blech 182 durch die Walze 170 geformt wird. Die Schlitze 168 können ausgeformt werden, nachdem das Blech 182 im anschließenden Schritt 3 in längliche Streifen 182a geschnitten wird. In diesem Fall können die Schlitze 168 in jedem Streifen 182a beispielsweise durch einen Drehschneider ausgeformt werden.
Im Schritt 3 wird das Blech 182, in dem die Schlitze 168 im Schritt 2 ausgeformt wurden, durch einen geeeigneten Schneider entlang paralleler Schneidelinien an festgelegten Abständen, beispielsweise einem Abstand von 99,8 mm, wie in Fig. 16 angezeigt, geschnitten. Infolgedessen wird das Blech 182 in eine Mehrzahl von länglichen Streifen 182a geschnitten, von denen einer in den Fig. 17(a), 17(b) und der entlang einer Linie 17(c)- 17(c) der Fig. 17(a) aufgenommenen 17(c) gezeigt ist, wobei die Schlitze 168 Nuten sind, die eine V-Form im Querschnitt aufweisen. Der Winkel der V-Nuten 168 wird so festgelegt, dass die entgegengesetzten Oberflächen jeder V-Nut 168 in Anlage miteinander kommen, wenn der längliche Streifen 182a im folgenden Schritt 4 in ein Rohr eingeformt wird.
Im Schritt 4 wird jeder verlängerte Streifen 182a zunächst einer Biegebearbeitung auf einer Presse unterzogen, so dass der Streifen 182a zu einer U-förmigen Struktur geformt wird. Anschließend wird die U-förmige Struktur einer Biegebearbeitung unterzogen, so dass die U-förmige Struktur zu einem Rohr geformt wird, wobei die entgegengesetzten Längsseitenkanten des Streifens 182a stumpf aneinander gestoßen werden, während die entgegengesetzten Oberflächen jedes V-Nut-Schlitzes 168 mit den anderen dieser Oberflächen in Anlage kommt.
Anschließend wird Schritt S ausgeführt, um ein Nahtschweissen entlang der aneinandergestoßenen Kanten des Rohrs auszuführen. Dieses Nahtschweissen kann beispieslweise durch Lichtbogenschweissen ausgeführt werden. Auf diese Weise wird der Aufprallträger 160 mit der integral eingeformten Verstärkung 162 an seinem axialen Mittelabschnitt hergestellt. Der Aufprallträger 160 kann einer geeigneten Warmbehandlung wie beispielsweise Härten oder Glühen unterzogen werden.
Der Aufprallträger 160 mit dem integralen Verstärkungsabschnitt 162 benötigt kein Klebemittel - beispielsweise kein Harzmaterial - zur Befestigung des Verstärkungsabschnitts 162 und hat dementsprechend eine erhöhte mechanische Festigkeit und ein verringertes Gewicht. Ferner ist die Anzahl der benötigten Verfahrensschritte signifikant verringert und die Herstellungskosten des Aufprallträgers 160 entsprechend verringert.
Bezugnehmend auf Fig. 18 wird nun ein Verstärkungselement 16 gemäß einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben. Wie das Verstärkungselement 16 der ersten Ausführungsform besteht das Verstärkungselement 60 aus einem dickwandigen Abschnitt in der Form einer festen Trennwand 62, zwei Abschnitten 64 konstanter Dicke und zwei Abschnitten 66 abnehmender Dicke. Das Verstärkungselement 60 ist aus einer Aluminiumlegierung geformt, d. h. im Einzelnen einer Legierung A5056, JIS, und weist Abmessungen (mm) wie in Fig. 18 angezeigt auf. Das Verstärkungselement 60 hat ein Gewicht W von ca. 40 gf. Wie das Verstärkungselement 16 wird das Verstärkungselement 60 durch Zerspanung geformt und in den Röhrenkörperabschnitt 12 am axialen Mittelpunkt S eingepresst. Das Verstärkungselement 60 ist symmetrisch bezüglich der Mittellinie O und bezüglich der Trennwand 62.
Das Verstärkungselement 60 dieser fünften Ausführungsform hat im Wesentlichen die gleichen Vorteile wie das Verstärkungselement 16 der ersten Ausführungsform. Zusätzlich ist das Verstärkungselement 60 aus einer Aluminiumlegierung ausgeformt, so dass die Wanddickenwerte der Abschnitte 62, 64, 66 auf die Minimalwerte verringert werden, die benötigt werden, um die gewünschte Biegesteifigkeit sicherzustellen, so dass der Aufprallträger 60 das Gewicht W von lediglich 40 gf aufweist.
Am Aufprallträger 60, in dem das Verstärkungselement 60 anstatt des Verstärkungselements 16 in den Röhrenkörperabschnitt 12 eingepresst wird, wurde ein Biegeversuch durchgeführt. Der Test wurde auf der Versuchsanordnung von Fig. 4 durchgeführt. Der Versuch an diesem Aufprallträger zeigte eine Last-Versatz-Beziehung, wie im Graphen der Fig. 19 angezeigt. Bei diesem Test wurden die Abstützelemente 24 der Versuchsanordnung durch die Bolzen 29 am Oberflächenblech 26 so befestigt, dass die U-förmigen Öffnungen der Abstützelemente 24 von der Anordnung nach Außen geöffnet waren. Die Abstützelemente 24 brachen an ihren an die Verstärkungsblechten geschweisten Abschnitte wenn der Versatz auf 196,7 mm bei der Beaufschlagung mit einer Last von 2833 kgf anstiegt. Wie in Reihe drei der Tabelle der Fig. 24 angezeigt, war die Energieaufnahmemenge durch den Aufprallträger bei Maximallast (Maximalversatz von 2833 kgf) 276,5 kgfm, und die durchschnittliche Last betrug 1405,7 kgf. Die Länge der geschweisten Abschnitte 12a des Körperabschnitts 12 betrug 500 mm.
Nun wird auf die Fig. 20 und 21 Bezug genommen, die vergleichbare Verstärkungselemente 70 und 72 zeigen. Das in Fig. 20 gezeigte Verstärkungselement 70 ist ein vollzylindrisches Element, während das in Fig. 21 Verstärkungselement 72 ein röhrenförmiges Element ist. Die Verstärkungselemente 70, 72 sind beide aus einem gekohlten Stahl S45C, JIS geformt und haben die in den Fig. 20 und 21 angezeigten Abmessungen, so dass diese beiden Verstärkungselemente 70, 72 im Wesentlichen das gleiche Gewicht W des Verstärkungselements 16 aufweisen.
Auch an den Aufprallträgern, in denen die Verstärkungselemente 70, 72 anstatt dem Verstärkungselement 60 in den Röhrenkörperabschnitt 12 eingepresst wurden, wurden Biegeversuche durchgeführt. Diese Versuche wurden auf die gleiche Weise wie der Versuch der Fig. 4 durchgeführt. Die Versuche zeigten, dass Versatz-Beziehungen wie in den Graphen der Fig. 22 und 23 jeweils angezeigt. Die beiden Aufprallträger waren beide auf Grund von Spannungskonzentrationen an den Enden der Verstärkungselementen 70, 72 gebrochen. Das Verstärkungselement 70 hat einen maximalen Versatz von 143,0 mm und eine maximale Last von 1958 kgf, während das Verstärkungselement 72 einen maximalen Versatz von 121,9 mm und eine maximale Last von 1876 kgf hat. Wie in den Reihen 4 und 5 der Tabelle der Fig. 24 angezeigt, war die Energieaufnahmemenge durch die Auprallträger bei maximaler Last 131,9 kgfm (Verstärkungselement 70) und 112,3 kgfm (Verstärkungselement 72) und die durchschnittlichen Lastwerte waren 922,3 kgf (Verstärkungselement 70) und 921,2 kgf (Verstärkungselement 72).
Es wird deutlich, dass der maximale Lastwert des mit dem Verstärkungselement 16 ausgestatteten Aufprallträgers (in Reihe 1 der Fig. 23 angezeigt) ca. 1,7 bis 1,8 mal 1,7 bis 1,8 mal den maximalen Lastwert der mit den Verstärkungselementen 70, 72 ausgestatteten Aufprallträger war und, dass die Energieaufnahmemenge des zuerstgenannten ca. 2,4 bis 2,8 mal der Energieaufnahmemenge des letztgenannten war. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass das Verstärkungselement 16 aus dem gleichen Material wie die Verstärkungselemente 70, 72 ausgeformt ist. Es wird auch deutlich, dass die maximalen Lastwerte und die Energieaufnahmemenge der Aufprallträger mit dem Verstärkungselement 40 (in der Reihe 2 angezeigt) und mit dem Verstärkungselement 60 (in der Reihe 3 angezeigt) gegenüber denen der Aufprallträger mit den Vergleichsverstärkungselementen 70, 72 beträchtlich verbessert waren.
Nun wird auf Fig. 25 Bezug genommen, worin ein Verstärkungselement 80 gezeigt wird, das gemäß einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung aufgebaut ist, welches aus einem ersten Stück 82, einem zweiten Stück 84, einem dritten Stück 86, und zwei Hilfsstücken 88 besteht, die an gegenseitig in Eingriff stehenden Endabschnitten dieser drei Stücke 82, 84, 86 angeordnet sind. Wie in den Fig. 26(a), 26(b) und 26(c) angezeigt, ist das erste Stück 82 ein Röhrenelement mit einem Außendurchmesser, der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Röhrenkörperabschnitts 12 ist. Dieses Röhrenförmige bzw. Röhrenelement umfasst eine Trennwand 90 an seinem axialen Mittelabschnitt und einen ersten Eingriffsabschnitt 92 an einem seiner entgegengesetzten Axialenden und einen zweiten Eingriffsabschnitt 92 an dem anderen Axialende. Der erste Eingriffsabschnitt 92 hat einen Innendurchmesser, der im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des zweiten Eingriffsabschnitts 94 ist. Die Trennwand 90 hat entgegengesetzte Kugelsegmentoberflächen, von denen jede eine geeignete Krümmung mit einem Mittelpunkt, der auf der Mittellinie O des ersten Stücks 80 liegt, aufweist. Die Innenumfangsoberflächen zwischen der Trennwand 90 und dem ersten und dem zweiten Eingriffsabschnitt 92, 94 sind konisch, so dass die Wanddicke in den entgegengesetzten Axialrichtungen von der Trennwand 90 zu den Eingriffsabschnitten 92, 94 hin kontinuierlich abnimmt. Jeder der Eingriffsabschnitte 92, 94 hat eine axiale Länge von ca. 10 mm und eine Wanddicke von ca. 2 mm. Das erste Stück 82 hat eine Gesamtaxiallänge von ca. 120 mm (mit den Längen der Eingriffsabschnitte 92, 94). Der Krümmungsradius jeder Kugelsegmentoberfläche der Trennwand 90 ist ca. 8 mm. Fig. 26(a) ist eine Längs- oder Axialabschnittsansicht, die in einer Ebene mit der Mittellinie O aufgenommen ist, während die Fig. 26(b) und 26(c) hervorgehobene Endansichten sind, die in entgegengesetzten Axialrichtungen jeweils zum ersten und zweiten Eingriffsabschnitt 92, 94 hin aufgenommen sind. Während die Abschnitte zwischen der Trennwand 90 und den Eingriffsabschnitten 92, 94 Abschnitte abnehmender Dicke mit der konischen Innenumfangsoberfläche sind, können sie auch Abschnitte konstanter Dicke mit konstantem Innen- und Außendurchmesser sein.
Wie in Fig. 27 gezeigt, ist das zweite Stück 84 ebenfalls ein Röhrenelement mit einem Außendurchmesser, der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Körperabschnitts 12 ist. Dieses Röhrenelement umfasst eie Trennwand 96 an seinem axialen Mittelabschnitt und Abschnitte 98 abnehmender Dicke an einer Seite der Trennwand 96. Der Abschnitt 98 abnehmender Dicke hat eine konische Innenumfangsoberfläche, so dass die Wanddicke in der Axialrichtung von der Trennwand 96 zum einen Ende des zweiten Stücks 94, an dem die Wanddicke im Wesentlichen null ist, hin linear abnimmt. Die Trennwand 96 hat entgegengesetzte Kugelsegmentoberflächen, von denen jede eine Krümmung mit einem Mittelpunkt auf der Mittellinie O hat. Eine dieser Kugelsegmentoberflächen geht übergangslos in die Innenoberfläche des Abschnitts 98 abnehmender Dicke über. Der Axialabschnitt des zweiten Stücks 84 auf der anderen Seite der Trennwand 96 (entfernt von dem Abschnitt 98 abnehmender Dicke) ist in Größe und Form identisch mit dem Axialabschnitt des ersten Stücks 82, welches den ersten Eingriffsabschnitt 92 umfassst. Dieser Axialabschnitt des zweiten Stücks 84 umfasst einen Eingriffsabschnitt 100, der identsich mit dem ersten Eingriffsabschnitt 92 ist. Der Eingriffsabschnitt 100 ist in Eingriff bringbar mit dem zweiten Eingriffsabschnitt 94 des ersten Stücks 82, so dass die Innenumfangsoberfläche des Eingriffsabschnitts 100 im Wesentlichen in enger Anlage mit der Außenumfangsoberfläche des Eingriffsabschnitts 94 steht.
Wie in Fig. 28 gezeigt, ist das dritte Stück 86 ebenfalls ein röhrenförmiges Element mit einem Außendurchmesser, der im Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Körperabschnitts 12 ist. Dieses Röhrenelement umfasst eine Trennwand 102 an seinem axialen Mittelabschnitt und einen Abschnitt 104 abnehmender Dicke an einer Seite der Trennwand 102. Der Abschnitt 104 abnehmender Dicke hat eine konische Innenumfangsoberfläche, so dass die Wanddicke in der Axialrichtung von der Trennwand 96 zum einen Ende des dritten Stücks 86 hin, an den die Wanddicke im Wesentlichen null ist, linear abnimmt. Die Trennwand 102 hat entgegengesetzte Kugelsegmentoberflächen, von denen jede eine Krümmung mit einem Mittelpunkt auf der Mittellinie O aufweist. Eine dieser Kugelsegmentoberflächen geht übergangslos in die Innenoberfläche des Abschnitts 104 abnehmender Dicke über. Der Axialabschnitt des dritten Stücks 84 auf der anderen Seite der Trennwand 96 (entfernt vom Abschnitt 104 abnehmender Dicke) ist in Größe und Form identisch mit dem Axialabschnitt des ersten Stücks 82, welches den zweiten Eingriffsabschnitt 94 umfasst. Dieser Axialabschnitt des dritten Stückst 86 umfasst einen Eingriffsabschnitt 106, der identisch mit dem zweiten Eingriffsabschnitt 94 ist. Der Eingriffsabschnitt 106 ist in Eingriff bringbar mit dem ersten Eingriffsabschnitt 92 des ersten Stücks, so dass die Außenumfangsoberfläche des Eingriffsabschnitts 106 in im Wesentlichen enger Anlage mit der Innenumfangsoberfläche des Eingriffsabschnitts 92 steht.
Jedes der beiden Hilfsstücke 88 ist ein vollscheibenförmiges Element mit einer in den Fig. 29(a) und 29(b) gezeigten runden Querschnittsform. Diese Hilfsstücke 88 sind in Eingriff bringbar mit den Innenoberflächen des zweiten Eingriffsabschnitts 94 des ersten Stücks 82 und dem Eingriffsabschnitt 106 des dritten Stücks 86.
Die ersten, zweiten und dritten Stücke 82, 84, 86 und die Hilfsstücke 88 sind jeweils aus einer Aluminiumlegierung geformt, im Einzelnen aus einer Aluminiumlegierung A5056, JIS, und zwar durch Kaltwalzen oder Zerspanen. Falls das Verstärkungselement 80 im Röhrenkörperabschnitt 12 eingebaut wird, wird zuerst das dritte Stück 86 in den Körperabschnitt 12 mit dem Abschnitt 104 abnehmender Dicke vor den anderen Abschnitten eingepresst, bis der Eingriffsabschnitt 106 nahe des zugeordneten offenen Endes des Körperabschnitts 12 angeordnet ist. Anschließend wird eines der Hilfsstücke 88 in Eingriff mit der Innenumfangsoberfläche des Eingriffsabschnitts 106 des dritten Stückes 86 gebracht und der erste Eingriffsabschnitt 92 des ersten Stücks 82 in Eingriff mit der Außenumfangsoberfläche des Eingriffsabschnitts 106. Das erste Stück 82 wird zusammen mit dem dritten Stück 86 in den Körperabschnitt 12 eingepresst, bis der zweite Eingriffsabschnitt 92 des ersten Stücks 82 nahe dem offenen Ende des Körperabschnitts 12 angeordnet ist. Anschließend wird das andere Hilfsstück 88 in Eingriff mit der Innenumfangsoberfläche des zweiten Eingriffsabschnitts 94 des ersten Stücks 82 gebracht und der Eingriffsabschnitt 100 des zweiten Stücks 94 in Eingriff mit der Außenumfangsoberfläche des zweiten Eingriffsabschnitts 94 des ersten Stücks 82. Schließlich wird das zweite Stück 84 in den Körperabschnitt 12 zusammen mit dem ersten und dem dritten Stück 82, 86 eingepresst, bis das Verstärkungselement 80 aus den Stücken 82, 84, 86, 88 besteht und an einer festgelegten Axialposition des Körperabschnitts 12 angeordnet ist.
Wenn die Seitentüre eine relativ hohe Größe aufweist und der Körperabschnitt 12 des Aufprallträgers dementsprechend lang ist, kann das Verstärkungselement 80 zwei weitere erste Stücke 82 umfassen, die an den ersten und zweiten Eingriffsabschnitten 92, 94 miteinander verbunden sind.
Bei dem wie in Fig. 25 gezeigt zusammengefügten Verstärkungselement 80 dient der axiale Abschnitt zwischen der Trennwand 96 des zweiten Stücks 84 und der Trennand 104 des dritten Stücks 86 als ein langer dickwandiger Abschnitt mit einer relativ hohen Knickwiderstandsfähigkeit und die Abschnitte 98, 104 an den entgegengesetzten Endabschnitten des Verstärkungselements 80 sind wirksam um Spannungskonzentrationen in der Nähe der entgegengesetzten Axialenden des Verstärkungselements 80 zu verhindern. In Folge dessen wird die Biegesteifigkeit des Aufprallträgers durch das Verstärkungselement 80 wirksam erhöht. Ferner kann eine gewünschte Anzahl von ersten Stücken 82 aneinander angeschlossen sein, so dass die Biegesteifigkeit des Aufprallträgers über eine gewünschte Länge verbessert werden kann. Mit anderen Worten kann die Länge des Verstärkungselements 80 durch ein Ändern der Anzahl der ersten Stücke 82 in Abhängigkeit von der Länge des Röhrenkörperabschnitts 12 des Aufprallträgers eingestellt werden, welche sich mit den spezifischen Modellen oder Typen der Fahrzeuge ändert.
Eine gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung aufgebauten Verstärkung 110 ist in Fig. 30 gezeigt. Diese Verstärkung 110, welche im Wesentlichen die gleiche Form hat wie das Verstärkungselement 40 umfasst einen dickwandigen Abschnitt in der Form der Trennwand 112 sowie Abschnitte 114, 114 abnehmender Dicke. Das Verstärkungselement 110 ist jedoch bezüglich der Mittellinie O assymentrisch. D. h. das das Verstärkungselement 110 an einem unteren Teil in Fig. 30 eine kürzere Axialabmessung bzgl. der in Fig. 9 angezeigten Spannungsverteilung aufweist. Das untere Teil des Verstärkungselements 110 ist an der in Querrichtung innen gelegenen Seite des Fahrzeugs angeordnet, wenn der mit dem Verstärkungselement 110 ausgestattete Aufprallträger in die Seitentüre des Fahrzeugs eingebaut ist. In Folge dessen hat das Verstärkungselement 110 ein verringertes Gewicht, während eine genügend hohe Biegesteifigkeit bzgl. einer Last sicher gestellt ist, die auf das Verstärkungselement 110 in der Abwärtsrichtung in Fig. 30 wirkt, d. h. in der quer nach innen gerichteten Richtung des Fahrzeugs.
Ein Verstärkungselement 120 gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 31 gezeigt. Die ist Verstärkungselement 40, welches ebenfalls eine Form aufweist, die gleich der des Verstärkungselements 40 ist, umfasst einen dickwandigen Abschnitt in der Form der Trennwand 122 und Abschnitte 124 abnehmender Dicke. Die Trennwand 122 hat jedoch eine mittlere Durchgangsbohrung 126 zur Optimierung der Biegesteifigkeit der Trennwand 122.
Ein Verstärkungselement 130 gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 32 gezeigt. Wie das Verstärkungselement 16, umfasst das Verstärkungselement 130 eine Trennwand 132 konstanter Dicke. Das Verstärkungselement 30 hat jedoch keine Abschnitte konstanter Dicke zwischen der Trennwand 122 und den Abschnitten 134 abnehmender Dicke. D. h., dass der Abschnitt 134 abnehmender Dicke so ausgebildet ist, dass er sich von der Trennwand 132 aus erstreckt. Die Trennwand 132 und die Abschnitte 134 abnehmender Dicke wirken zusammen um zwischen sich Ausrundungen mit einem geeigneten Radius R der Krümmung zu definieren.
Ein Verstärkungselement 140 gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 33 gezeigt. Dieses Verstärkungselement 140 umfasst einen dickwandigen Abschnitt in der Form der Trennwand 142, an die Trennwand 142 anschließende Abschnitte konstanter Dicke 144 und an die Abschnitte 144 anschließende Abschnitte 146 abnehmender Dicke. Die Trennwand 142 hat engegengesetzte Kugelsegmentoberflächen, von denen jede eine Krümmung mit einem Mittelpunkt auf der Mittellinie O des Verstärkungselements 40 hat. Diese Kugelsegmentoberflächen gehen übergangslos in die Innenoberflächen der Abschnitte 144 konstanter Dicke über.
Ein Verstärkungselement 150 gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 14 gezeigt. Dieses Verstärkungselement 150 umfasst einen dickwandigen Abschnitt in der Form einer Trennwand 152 und Abschnitte 154 abnehmender Dicke. Die Trennwand 152 wirkt mit der Innenoberfläche jedes Abschnitts 154 abnehmender Dicke zusammen, um eine Krümmung gemäß der Spannungsverteilung der Fig. 10 zu definieren, so dass die Wanddicke des Abschnitts abnehmender Dicke in der Axialrichtung von der Trennwand 152 aus zum entsprechenden Ende des Verstärkungselements 150 hin nichtlinear abnimmt, wodruch die Biegesteifigkeit des Aufprallträgers mit dem Verstärkungselement 150 veränderlich ist, so dass sie der Spannungsverteilung der Fig. 10 sowweit wie möglich folgt.
Während die verschiedenen Verstärkungselemente für die Aufprallträger für Seitentüren von Kraftfahrzeugen beschrieben wurden, werden nun verschiedene Verstärkungselemente für andere Röhrenstrukturenelemente für die Fahrzeuge beschrieben, wie bsw. B-Säulen, Seitentaillierungen, Seitenschweller, A-Säulen, Frontquerelemente, Frontseitenelemente und Stossstangenverstärkungsträger.
Es wird nun auf Fig. 35 verwiesen, wo ein struktureller Aufbau eines Kraftfahrzeugs 190 mit B- Säulen 192, Seitentürtaillierungen 194, Seitenschwellern 196 und A-Säulen 198 erläutert ist. Die B-Säulen 192 erstrecken sich in Vertikalrichtung auf den entgegengesetzten Querseiten und an einem axialen Mitteilabschnitt des Fahrzeugs 190. Die Seitentürtaillierungen 194 sind an jeweiligen Seitentüren sow vorgesehen, dass sie sich im Wesentlichen horizontal an einem vertikalen Mittelabschnitt jeder Seitentür erstrecken. Die Seitenschweller 196 erstrecken sich in horizontaler Richtung von den unteren Enden der B-Säulen 192 und die A-Säulen 198 sind an entgegengesetzten Querenden der Frontscheibe des Fahrzeugs 190 angeordnet.
Fig. 36(a) ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung der rechten B-Säule 192 des Fahrzeugs 190, während Fig. 96(b) eine entlang Linie A-A der Fig. 36(a) aufgenommene Querschnittsansicht ist. Die B-Säule 192, die gemäß einer zwölften Ausführungsform dieser Erfindung aufgebaut ist, ist ein hohes Strukturelement, welches sich im Wesentlichen vertikal zwischen einer forderen Seitentüre 210 und einer hinteren Seitentüre 212 erstreckt und welches eine im Wesentlichen trapezuide Form im Querschnitt in Querrichtung wie in Fig. 36(b) gezeigt aufweist. Die B-Säule 192 umfasst eine Hauptblechtafel 192a sowie eine Verstärkungsblechtafel 192b, die an der Haptblechtafel 192a beispielsweise durch Schweissen befestigt ist. Die Hauptblechtafel 192a ist ein Stukturelement, welches einstückig mit dem Seitenschweller 196 ausgeformt ist und welches im Querschnitt in Querrichtung im Wesentlichen eine U-Form hat und daher eine U-Formöffnung aufweist, die in Querrichtung zum Fahrzeuginneren hin geöffnet ist. Die Verstärkungstafel 192b schließt die U-förmige Öffnung der Haupttafel 192a ab und trägt eine daran befestigte Gurtverankerung.
Die B-Säule 192 umfasst ferner ein Verstärkungselement 208, das innerhalb eines im Wesentlichen rechteckigen Raumes, der durch die Tafeln 192a, 192b definiert ist, angeordnet ist. Das Verstärkungselement 208 umfasst ein Paar dickwandige Abschnitte 204, die sich nach Innen bis zu einer Position in der Nähe der Mitte des rechteckigen Abschnitts erstrecken. Das Verstärkungselement 208 ist relativ zu den Tafeln 192a, 192b so angeordnet, dass die beiden dickwandigen Abschnitte 204 an die jeweiligen Höhen H1 und H2 von der Grundfläche 202 befindlich sind. Das Verstärkungselement umfasst ferner ein Paar Abschnitte 206 abnehmender Dicke als seine entgegengesetzten oberen und unteren Endabschnitte sowie einen Abschnitt 207 abnehmender Dicke als seinen Zwischenabschnitt zwischen den dickwandigen Abschnitten 204. Jeder Abschnitt 206 abnehmender Dicke hat eine spitz zulaufende bzw. konische Oberfläche, so dass die Wanddicke in der Aufwärts- oder Abwärtsrichtung vom entsprechenden dickwandigen Abschnitt 204 aus zum oberen oder unteren Ende des Verstärkungselement 208 hin linear abnimmt, an dem die Wanddicke im Wesentlichen null ist. Der Abschnitt 207 abnehmender Dicke hat eine Bogenform im Querschnitt in Längsrichtung, so dass die Wanddicke am axialen Mittelabschnitt des Abschnitts 207 minimal ist und in den entgegengesetzten Axialrichtungen von den dickwandigen. Abschnitten 204 aus zum mittleren Teil des Abschnitts 207 hin kontinuierlich abnimmt. Die Höhe H1 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Höhe der Stoßstange eines Kleinwagens und die Höhe H2 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Höhe der Stoßstange eines großen Wagens. Die Querschnittsform in Querrichtung der Verstärkung 208 ist an seinen Außenoberflächen im Wesentlichen die gleiche wie im Wesentlichen trapezoidförmige Form der Innenoberfläche der Hohlstruktur, die aus den Blechtafeln 192a, 192b besteht. Das Verstärkungselement 208 ist innerhalb der Hohlstruktur 192a, 192b angeordnet, so dass die Außenoberfläche des Verstärkungselements 208 in im Wesentlichen enger Anlage mit der Außenoberfläche der Hohlstruktur 192a, 192b steht. Das Verstärkungselement 208 ist aus einem Metall mit einer relativ geringen Schwerkraft und einer relativ hohen Zugfestigkeit ausgeformt, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung A5056, JIS, Das Verstärkungselement 208 kann in einem Verfahren hergestellt werden, das gleich dem obenstehend unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben ist. Das Verstärkungselement 208 ist ortsfest innerhalb der U- förmigen Öffnung der Hauptblechtafel 192a angeordnet und das Verstärkungselement 192b ist an die Hauptblechtafel 192a und das Verstärkungselement 208 angeschweisst.
Da die B-Säule 192 mit dem Verstärkungselement 208 ausgestattet ist, ist der dickwandige Abschnitt 204 auf der Höhe H1 befindlich, die im Wesentlichen die gleiche Höhe ist wie die Höhe eines Kleinwagens, wodurch einen Stoßlast bei Kollision der B-Säule 192 mit der Stoßstange eines Kleinwagens wirksam aufgenommen werden kann, während der dickwandige Abschnitt 204 auf der Höhe H2 befindlich ist, welche im Wesentlichen gleich der Höhe der Stoßstange eines großen Wagens ist, wodurch eine Stoßlast bei Kollision der B-Säule 192 mit der Stoßstange des großen Wagens wirksam aufgenommen wird. Infolgedessen hat die B-Säule 192 eine ausreichend hohe Knickwiderstandsfähigkeit. Ferner ist die Bereitstellung der oberen und unteren Abschnitte 206 abnehmender Dicke wirksam, um eine Spannungskonzentrations um die Enden des Verstärkungselements 208 herum zu verhindern, wodurch die B-Säule 192 von Brüchen oder Rissen in der Nähe des Lastbeschlagungspunkts geschützt ist, während der Anstieg des Gewichts und der Kosten der B-Säule 192 aufgrund der Verwendung des Verstärkungselements 208 minimiert wird. Ein Stoßlastversuch an der B-Säule 192 zeigt einen näherungsweise zweifachen Anstieg der maximalen Last der B-Säule 192 im Vergleich zu derjenigen einer herkömmlichen B-Säule, sowie ein zwei- bis dreifachen Anstieg der Energieaufnahmemenge der B-Säule 192 verglichen mit derjenigen der herkömmlichen B-Säule.
Fig. 37(a) ist eine perspektivische Ansicht der Seitentürtaillierung 194, die in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der Seitentürtaillierung 194 aufgenommen worden ist. Die Fig. 37(b) und 37(c) sind Querschnittsansichten der Seitentürtaillierungen 194, die entlang von Linien Bb-Bb und Bc-Bc der Fig. 27(a) aufgenommen worden sind. Die Seitentürtaillierung 194, die gemäß einer dreizehnten Ausführungsform dieser Erfindung aufgebaut ist, umfasst eine gerade Hauptblechtafel 194a und eine Verstärkungsblechtafel 194b, welche eine etwas höhere Dicke als die Hauptblechtafel 184a und welche gebogen ist, um mit der Hauptblechtafel 194a zusammenzuwirken, um eine Hohlstruktur mit einer im Wesentlichen trapezoiden Querschnittsform in Querrrichtung zu definieren. Die Hauptblechtafel 194b ist an ihren breitseitigen Enden an der Hauptblechtafel 194a gesichert. Die Seitentürtaillierung 194 ist so am Fahrzeug angeordnet, dass die Hauptblechtafel 194b an der Außenseite in Querrichtung des Fahrzeugs befindlich ist. Die Seitentürtaillierung 194 umfasst ferner ein Verstärkungselement 220, das ortsfest an ihrem axialen Mittelabschnitt angeordnet ist. Das Verstärkungselement 220 ist eine Hohlstruktur, deren Außenoberfläche eine im Wesentlichen trapezoide Querschnittsform in Querrichtung hat, die im Wesentlichen gleich der Querschnittsform in Querrichtung der Innenoberfläche der aus den Blechtafeln 194a, 194b bestehenden Hohlstruktur ist. Das Verstärkungselement 220 wird in die Hohlstruktur 194a, 194b durch eines seiner entgegengesetzten offenen Enden eingepresst un so in Position gehalten, dass die Außenoberfläche des Verstärkungselements 220 in im Wesentlichen enger Anlage mit der Innenoberfläche der Hohlstruktur 194a, 194b steht.
Das Verstärkungselement 220 umfasst einen dickwandigen Abschnitt 216 als seinen axialen Mittelabschnitt, welcher sich um Inneren des Verstärkungselements 220 erstreckt. Das Verstärkungselement 220 umfasst ferner Abschnitte 218 abnehmender Dicke, die an den entgegengesetzten Seiten des dickwandigen Abschnitts 216 ausgeformt sind. Die Abschnitte abnehmender Dicke 218 haben Innenoberflächen, die so ausgeformt sind, dass die Wanddicken jedes Abschnitts 218 in der Längsrichtung vom dickwandigen Abschnitt 216 aus zum entsprechenden Ende des Verstärkungselements 220 linear abnehmen, an dem die Wanddicke im Wesentlichen null ist. Wie in Fig. 37(b) angezeigt, ist der Grad mit dem sich der dickwandige Abschnitt 216 nach Innen aus den auf der in Querrichtung außen gelegenen Seite des Fahrzeugs 190 größer, d. h., am oberen Abschnitt des in Fig. 37(b) gezeigten Verstärkungselements 220, als auf der in Querrichtung des Fahrzeugs 190 innengelegenen Seite, d. h. am unteren Abschnitt des in Fig. 37(b) gezeigten Verstärkungselements 220. Dieses Verstärkungselement 220 ist ebenfalls aus einem Material mit einer relativ niedrigen spezifischen Schwerkraft und einer relativ hohen Zugfestigkeit ausgeformt, beispielsweise einer Aluminiumlegierung A5056, JIS. Die Länge des Verstärkungselements 220 wird in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Fahrzeugs geeignet gewählt. Der dickwandige Abschnitt 216 kann eine feste Trennwand sein, die den Innenraum des Verstärkungselement 220 vollständig in zwei Bereiche unterteilt.
Der dickwandige Abschnitt 216 ist wirksam, um die Knickwiderstandfähigkeit der Seitentürtaillierung 194 zu erhöhen während die Abschnitte 218 abnehmender Dicke wirksam sind, um Spannungskonzentrationen in der Nähe der Enden des Verstärkungselements 220 zu verhindern, so dass die Bruch- oder Rissfestigkeit der Seitentürtaillierung 194 bei Lastbeaufschlagung auf seinen mittleren Abschnitt bemerkenswert ansteigt, während der Anstieg des Gewichts und der Kosten der Seitentürtaillierung 194 aufgrund der Bereitstellung des Verstärkungselements 220 minimiert ist. Ein Stoßlastversuch an der Seitentürtaillierung 194 zeigt einen näherungsweise zweifachen Anstieg der Maximallast der B-Säule 192 im Vergleich mit demjenigen einer herkömmlichen Seitentürtaillierung und einen zweibis dreifachen Anstieg der Energieaufnahmemenge der Seitentürtaillierung 194 verglichen mit derjenigen der herkömmlichen Seitentürtaillierung.
Fig. 38(a) ist eine Querschnittsansicht in Längsrichtung des Seitenschwellers 196, die in einer Ebene mit der Mittellinie O des Seitenschwellers 196 aufgenommen ist, während Fig. 38(b) eine Querschnittsansicht des Seitenschwellers 196 ist, die entlang Linie C-C der Fig. 38(a) aufgenommen ist. Der Seitenschweller 196, welcher gemäß einer vierzehnten Ausführungsform dieser Erfindung aufgebaut ist, umfasst eine Hauptblechtafel 196a und eine Verstärkungsblechtafel 196b, die durch Schweissen oder anderweitig aneinander befestigt sind, um eine im Wesentlichen röhrenförmige Struktur zu bilden. Die Hauptblechtafel 196a ist einstückig mit der B-Säule 192 (Hauptblechtafel 192a) und hat eine im Wesentlichen halbrunde Querschnittsform in Querrichtung. Die Verstärkungsblechtafel 196b hat ebenfalls eine halbrunde Querschnittsform in Querrichtung. An der in Querrichtung außen gelegenen Seite des Seitenschwellers 196 ist eine Steinschlagblechtafel 230 beispielsweise durch Punktschweissen befestigt.
Der Seitenschweller 196 umfasst ferner ein Verstärkungselement 228, das in einem Abschnitt des Seitenschwellers ortsfest angeordnet ist, der die B-Säule 192 schneidet und an dem ein Unterbodenguerelement geschweisst ist. Das Verstärkungselement 228 ist eine röhrenförmige Struktur mit einer im Wesentlichen runden Querschnittsform in Querrichtung, welche im Wesentlichen die gleiche ist wie die Querschnittsform in Querrichtung der Innenoberfläche der im Wesentlichen röhrenförmigen Struktur 194a, 194b. Das Verstärkungselement 228 ist so angeordnet, dass die Außenoberfläche des Verstärkungselements 228 in im Wesentlichen enger Anlage mit der Innenoberfläche der röhrenförmigen Struktur 194a, 194b steht. Das Verstärkungselement 228 umfasst einen dickwandigen Abschnitt 224 als seinen axialen Mittelabschnitt, welcher sich vom Verstärkungselement 22ß aus nach Innen erstreckt und welcher eine mittlere Durchgangsbohrung hat. Das Verstärkungselement 228 umfasst ferner Abschnitte 226 abnehmender Wanddicke, die an den entgegengesetzten Enden des dickwandigen Abschnitts 224 ausgeformt sind. Die Abschnitte 226 abnehmender Dicke haben Innenoberflächen, die so ausgebildet sind, dass die Wanddicke jedes Abschnitts 226 in der Axialrichtung vom dickwandigen Abschnitt 224 zum entsprechenden Ende des Verstärkungselements 228 hin linear abnimmt, an dem die Wanddicke im Wesentlichen null ist. Dieses Verstärkungselement ist aus einem Leichtmetall mit einer relativ geringen Schwerkraft und einer relativ hohen Festigkeit ausgeformt. Der dickwandige Abschnitt 224 kann eine feste Trennwand sein, die den Innenraum des Verstärkungselement 228 in zwei Bereiche vollständig unterteilt. Die Position, an der das Verstärkungselement 228 in der Hohlstruktur 196a, 196b, kann geeignet gewählt werden.
Der dickwandige Abschnitt 224 ist wirksam, um die Biegewiderstandsfähigkeit des Seitenschwellers 196 zu erhöhen, während die Abschnitte 226 abnehmender Dicke wirksam sind, um Spannungskonzentrationen in der Nähe der Enden des Verstärkungselements 228 zu verhindern, so dass der Seitenschweller 196 geeignet ist, eine Aufprallenergie bei Kollision des Seitenschwellers 196 wirksam aufzunehmen und um wirksam gegen Bruch oder übermäßige Verformung in der Nähe des Lastbeaufschlagungspunkts einer Stoßlast geschützt zu sein, während der Anstieg des Gewichts und der Kosten des Seitenschwellers 196 aufgrund der Bereitstellung des Verstärkungselements 228 minimert werden. Das Gewicht des Seitenschwellers 196 kann um 20 bis 30% des Gewichts eines herkömmlichen Seitenschwellers, der durch eine Doppelblech-Struktur lokal verstärkt ist, verringert werden.
Fig. 39(a) ist einer perspektivische Ansicht, die einen strukturellen Aufbau des Fahrzeugs 190 mit einem der rechten und linken Säulen 198 zeigt, während Fig. 39(b) und 39(c) Querschnittsansichten sind, die entlang Linie Db-Db und Linie Dc-Dc der Fig. 39(a) aufgenommen worden sind. Jede A-Säule 198 umfasst eine erste Blechtafel 198a und eine zweite Blechtafel 198b, welche aneinander geschweisst oder anderweitig aneinander befestigt sind, um eine Hohlstruktur mit einer rechteckigen Querschnittsform in Querrichtung zu bilden, wie in Fig. 39(c) gezeigt. Die erste Blechtafel 198a ist U-förmig im Querschnitt in Querrichtung und befindet sich auf der in Querrichtung außen liegenden Seite des Fahrzeugs 190, während die zweite Blechtafel 198b eine gerade Blechtafel ist, die sich auf der in Querrichtung innenliegenden Seite des Fahrzeugs 190 befindet. Die A- Säule 198 ist an einer relativ tiefen Position gebogen, so dass der untere Abschnitt im Wesentlichen vertikal verläuft. Die gezeigte A-Säule ist an ihrem gebogenen Abschnitt mit dem gebogenen Abschnitt der anderen A-Säule (nicht gezeigt) über ein Amaturenbrettverstärkungselement bzw. -träger 240 verbunden.
Die A-Säüle 198 umfasst ein Verstärkungselement 238, das im gebogenen Abschnitt angeordnet ist. Das Verstärkungselement 238 ist eine Hohlstruktur, deren Außenoberfläche eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform in Querrichtung hat, welche im Wesentlichen die gleiche ist, wie die Querschnittsform in Querrichtung der Innenoberfläche der Hohlstruktur 198a, 198b. Das Verstärkungselement 238 ist in der Hohlstruktur 198a, 198b so angeordnet, dass die Außenoberfläche des Verstärkungselements 238 in im Wesentlichen enger Anlage mit der Innenoberfläche der Hohlstruktur 198a, 198b steht. Das Verstärkungselement 238 umfasst einen dickwandigen Abschnitt in der Form einer Trennwand 234, die an seinem axialen Mittelabschnitt ausgeformt ist, und ein Paar Abschnitte 236 abnehmender Dicke, die an den entgegengesetzten Enden der Trennwand 234 ausgeformt sind. Jeder Abschnitt 236 abnehmender Dicke hat eine Innenoberfläche, welche so ausgeformt ist, dass die Wanddicke des Abschnitts 236 in der Längsrichtung von der Trennwand 234 zum entsprechenden Ende des Verstärkungselements 238 hin linear abnimmt, an dem die Wanddicke im Wesentlichen null ist. Das Verstärkungselement 238 ist aus einer Leichtmetalllegierung mit einer relativ geringen Schwerkraft und einer relativ hohen Steifigkeit ausgebildet, beispielsweise einer Aluminiumlegierung A5056, JIS.
Der gebogene Abschnitt der rechten und der linken A- Säule 198 ist einer durch den Amaturenbrettverstärkungsträger 240 bei Kollision einer der A-Säulen übertragenen Aufprall- bzw. Stoßlast unterworfen. Bei diesem Ereignis ist das im gebogenen Abschnitt der A-Säule 198 angeordnete Verstärkungselement 238 jedoch wirksam, um den Bruch der A-Säule 198 zu verhindern. Insbesondere der dickwandige Abschnitt in der Form der Trennwand 234 gibt dem gebogenen Abschnitt der Front- bzw. A-Säule 198 eine erhöhte Knickwiderstandsfähigkeit, während die Abschnitte 234 abnehmender Dicke wirksam sind, um eine Spannungskonzentration in der Nähe der Enden des Verstärkungselements 238 zu verhindern, so dass die A- Säule 198, in der Lage ist, eine Aufprallenergie bei Kollision der A-Säule 198 wirksam aufzunehmen und wirksam gegen Bruch oder übermässige Verformung in der Nähe des Lastbeaufschlagungspunkts der Stoßlast geschützt zu sein, während der Anstieg des Gewichts und der Kosten der A- Säule 198 aufgrund der Bereitstellung des Verstärkungselements 238 minimiert sind. Das Gewicht der A-Säule 198 kann um 20 bis 30% des Gewichts einer herkömmlichen A-Säule mit einer Doppelblech- oder Dickblechstruktur verringert werden.
Fig. 40(a) ist eine Ansicht eines strukturellen Aufbauchs an einem Frontteil eines Fahrzeugs 190 und Fig. 40(b) ist eine Querschnittsansicht, die entlang Eb-Eb der Fig. 40(a) aufgenommen worden ist, während Fig. 40(c) und 40(d) Querschnittsansichten sind, die entlang Linie Ec-Ec und Linie Ed-Ed der Fig. 40(b) aufgenommen worden sind. Die strukturelle Anordnung bzw. der strukturelle Aufbau umfasst ein Paar vordere Seitenelemente 244, welche parallel zueinander so angeordnet sind, dass sie sich in der Längs- bzw. Fahrtrichtung des Fahrzeugs 190 erstrecken. Diese beiden vorderen Seitenelemente 244 sind an ihren Frontenden miteinander über ein röhrenförmiges Frontquerelement 248 verbunden, welches sich in der Querrichtung des Fahrzeugs 190 vor einem oberseitigem Frontrahmen 246 erstreckt, welcher sich ebenfalls in der Querrichtung erstreckt. Bei Kollision des Fahrzeugs 190 an seinem Vorderende oder an einer Querseitenposition, die vom Querseitenmittelpunkt in der linken oder rechten Richtung verschoben oder beabstandet ist, wird eine Stoßlast über das Frontquerelement 248 auf die rechten und linken Frontseitenelement 244 verteilt. Die Frontseitenelemente 244 sind miteinander auch an ihren mittleren Abschnitten über ein blechartiges Aufhängungselement verbunden, dass sich in die Querrichtung des Fahrzeugs 190 erstreckt.
Das Frontquerelement 248 umfasst eine Zwischenverstärkung 252, die an seinem axialen Mittelabschnitt angeordnet ist, sowie ein Paar von Endverstärkungselementen 254, die an seinen entgegengesetzten Endabschnitten angeordnet sind. Das mittlere Verstärkungselement 252 ist eine Hohlstruktur deren Außenoberfläche eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsform in Querrichtung aufweist, die im Wesentlichen gleich der Querschnittsform der Innenoberfläche des Frontquerelements 248 ist. Das mittlere Verstärkungselement 252 ist im Frontquerelement 248 so angeordnet, dass die Außenoberfläche des Verstärkungselements 252 in im Wesentlichen enger Anlagen mit der Innenoberfläche des Frontquerelements 248 steht. Das mittlere Verstärkungselement 252 umfasst einen dickwandigen Abschnitt in der Form einer Trennwand 256 und ein Paar Abschnitte 258 abnehmender Dicke von denen jeder eine Innenoberfläche hat, so ausgeformt ist, dass die Wanddicke in der Axialrichtung von der Trennwand 256 zum entsprechenden Ende des Verstärkungselements 252 hin linear abnimmt, an dem die Wanddicke im Wesentlichen null ist. Das mittlere Verstärkungselement 252 ist aus einem Leichtmetall ausgeformt, das eine relativ geringe spezifische Schwerkraft und eine relativ hohe Festigkeit aufweist, beispielsweise einer Aluminiumlegierung A5056, JIS.
Andererseits ist jedes der Endverstärkungselemente 254 ein hohles Element, dessen Außenoberfläche eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform in Querrichtung hat, die im Wesentlichen gleich der Querschnittsform in Querrichtung der Innenoberfläche des Frontquerelements 248 ist. Das Endverstärkungselement 254 umfasst einen Bodenabschnitt 260, welcher ein offenes Ende des obenstehend genannten hohlen Elements abschließt, und welches sich am entsprechenden Ende des Frontquerelements 248 befindet. Das Endverstärkungselement 254 umfasst ferner einen Abschnitt 262 abnehmender Dicke, der eine Innenoberfläche aufweist, die so ausgeformt ist, dass die Wanddicke in der Axialrichtung des Frontquerelements 248 vom Bodenabschnitt 260 aus zu offenen Ende des Endverstärkungselements 254 linear abnimmt, an dem die Wanddicke im Wesentlichen null ist. Das Endverstärkungselement 254 ist auch aus einem Leichtmetall mit einer relativ niedrigen spezifischen Schwerkraft und einer relativ hohen Steifigkeit bzw. Festigkeit ausgeformt, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung A5056, JIS. Das Frontquerelement 248 ist an den Frontseitenelementen 244 an seinen Endabschnitten befestigt, an denen die Endverstärkungselemente 254 angeordnet sind.
Der dickwandige Abschnitt in der Form der Trennwand 256 gibt dem mittleren Verstärkungselement 252 einen erhöhten Knickwiderstand, während die Abschnitte 258 abnehmender Dicke wirksam sind, um einer Spannungskonzentration an den Enden des Verstärkungselements 256 vorzubeugen bzw. die zu verhindern, so dass das Frontquerelement 248 in der Lage ist, eine Aufprallenergie bei Kollision des Frontquerelements 248 wirksam aufzunehmen und wirksam gegen Bruch oder übermässige Verformung an seinem axialen Mittelabschnitt geschützt zu sein, während der Anstieg des Gewichts und der Kosten des Frontquerelements 248 aufgrund der Bereitstellung des mittleren Verstärkungselements 252 minimiert werden. Die Endverstärkungselemente 254 sind wirksam, um die Knickwiderstandsfähigkeit zu erhöhen und einer Spannungskonzentration in der Nähe der offenen Enden des Endverstärkungselements 254 vorzubeugen, um den Bruch oder eine übermässige Verformung des Frontquerelements 248 an seinen Endabschnitten zu verhindern und eine sich daraus ergebende Verringerung seiner Aufprallenergieaufnahmefähigkeit zu verhindern, während der Anstieg des Gewichts und der Kosten des Frontquerelements 248 aufgrund der Bereitstellung der Endeverstärkungselemente 254 minimiert wird. Das Gewicht des mit den mittleren und Endverstärkungslemente 252, 254 ausgestatteten Frontoyerelements 248 kann um 20 bis 30% des Gewichts eines herkömmlichen Frontquerelements 248 einer Doppelblech- oder Diblech-Struktur verringert werden.
Fig. 41(a) ist eine teilweise im Querschnitt in Längsrichtung gezeigte Ansicht des Frontseitenelements 244 und Fig. 41(b) ist eine vergrößerte Ansicht des Frontseitenelements 244, während Fig. 41(c) und 41(d) Querschnittsansichten sind, die entlang Linie Fc-Fc und Fd-Fd der Fig. 40(b) aufgenommen worden sind. Das Frontseitenelement 244 hat einen rechteckige Querschnittsform in Querrichtung, wie in den Fig. 40(c) und 40(d) gezeigt, mit einer oberen Wand, an der das blechartige Aufhängungselement 250 über Bolzen bzw. Schrauben 270 befestigt ist. Das Frontseitenelement 244 (sowohl das rechte als auch das linke Frontseitenelement 244) hat eine Stoßstangenaufnahme 268, die an sein Vorderende am entsprechenden Ende des Frontquerelements 248 geschraubt oder anderweitig befestigt ist, so dass sich die Stoßstangenaufnahme 268 nach vorne ersteckt, um eine Stoßstange 266 abzustützen.
Das Frontseitenelement 244 umfasst eine Zwischenverstärkung 272, die in seinem Abschnitt angeordnet ist, an dem das Aufhängungselement 250 befestigt ist, sowie ein Endverstärkungselement 274, das am vorderen Endabschnitt angeordnet ist. Das Verstärkungselement 272 ist ein hohles Element, dessen Außenoberfläche eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform in Querrichtung hat, die im Wesentlichen gleich der Querschnittsform in Querrichtung der Innenoberfläche des Querseitenelements 244 ist. Das Verstärkungselement 272 ist im Frontseitenelement 244 so angeordnet, dass die Außenoberfläche des Verstärkungselements 272 in im Wesentlichen enger Anlage mit der Innenoberfläche des Frontseitenelements 244 steht. Das Verstärkungselement 272 umfasst einen dickwandigen Abschnitt in der Form einer Trennwand 276, der nicht weit vor dem Aufhängungselement 250 angeordnet ist, sowie zwei Abschnitte 278 abnehmender Dicke auf den entgegengesetzten Seiten der Trennwand 276. Jeder der Abschnitte 280 abnehmender Dicke hat eine Innenoberfläche, die so ausgeformt ist, dass die Wanddicke in der Axialrichtung des Frontseitenelements 244 von der Trennwand 276 aus zum entsprechenden Ende des Verstärkungselements hin linear abnimmt. Die beiden Verstärkungselemente 278 sind bezüglich der Trennwand 276 asymmetrisch. Das heißt, der vordere Abschnitt 278 abnehmender Dicke hat eine kleinere Länge als der hintere Abschnitt abnehmender Dicke. Das Verstärkungselement 272 ist aus einer Leichtlegierung mit einer relativ geringen spezifischen Schwerkraft und einer relativ geringen spezifischen Festigkeit ausgebildet, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung A5056, JIS.
Das Endverstärkungselement 274 ist eine Hohlstruktur, deren Außenoberfläche eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform in Querrichtung hat, die im Wesentlichen gleich der Querschnittsform in Querrichtung der Innenoberfläche des Frontseitenelements 244 ist. Das Endverstärkungselement 274 ist im Frontseitenelement 244 so angeordnet, dass die Außenoberfläche des Endverstärkungselements 274 in im Wesentlichen enger Anlage mit der Innenoberfläche des Frontseitenelements 244 steht. Das Endverstärkungselement 274 umfasst einen Bodenabschnitt 280, der eines der entgegengesetzten Enden der obenstehend genannten Hohlstruktur abschließt und sich am Vorderende des Frontseitenelements 244 befindet. Das Endverstärkungselement 274 umfasst ferner einen Abschnitt 282 abnehmender Dicke, dessen Oberfläche so ausgeformt ist, dass die Wanddicke in der Axialrichtung des Frontseitenelementes 244 vom Bodenabschnitt 280 aus zum offenen Ende des Endverstärkungselements 274 hin lienar abnimmt, an dem die Wanddicke im Wesentlichen null ist. Das Endverstärkungselement 274 ist ebenfalls aus einer Leichtlegierung mit einer relativ geringen spezifischen Schwerkraft und einer relativ hohen Festigkeit ausgebildet, beispielsweise einer Aluminiumlegierung A5056, JIS.
Bei herkömmlichen Frontseitenelementen ist es relativ wahrscheinlich, dass an ihren Abschnitten rechts vor ihren mit dem Aufhängungselement 250 verbundenen Abschnitten eine Spannungskonzentration auftritt und dementsprechend eine Biegeverformung an diesen Spannungskonzentrationsabschnitten bei Kollision des Frontseitenelements in einer Richtung unter einem gewissen Winkel bezüglich der Längsrichtung des Fahrzeugs 190 oder Kollision der Stoßstange 260 an einer Position, die eine gewisse Entfernung vom axialen Mittelpunkt der Stoßstange 266 entfernt ist. Das vorliegende Frontseitelement 244 ist jedoch mit dem Verstärkungselement 272 ausgestattet, das an seinem Abschnitt angeordnet ist, an dem das Aufhängungselement 250 befestigt ist und ist gegen die Biegeverformung bei der obenstehend genannten Kollision geschützt. Insbesondere der dickwandige Abschnitt in der Form der Trennwan 276 ist wirksam, um dem Verstärkungselement 272 eine erhöhte Knickwiderstandsfähigkeit zu geben, während die Abschnitte 276 abnehmender Dicke wirksam sind, um eine Spannungskonzentration in der Nähe der Enden des Verstärkungselements 272 zu verhindern, so dass das Frontseitenelement 244 gegen die Biegeverformung an seinen Abschnitten rechts vor dem mit dem Aufhängungselement 250 verbundenen Abschnitt geschützt ist, während der Anstieg des Gewichts und der Kosten des Frontseiteelements 244 aufgrund der Bereitstellung des Verstärkungselements 272 minimiert ist. Ferner ist das Endverstärkungselement 274 auch wirksam, um die Knickwiderstandsfähigkeit zu erhöhen und die Spannungskonzentration in der Nähe der Enden des Verstärkungselements 274 zu erhöhen, so dass das Frontseitenelement 244 gegen Bruch oder Biegeverformung an seinen Frontendabschnitten geschützt ist, während der Anstieg des Gewichts und der Kosten aufgrund der Bereitstellung des Endverstärkungselements 274 minimiert wird. Das Endverstärkungselement 274 wirkt mit dem Verstärkungselement 272 zusammen, um eine erhöhte Stabilität der Stoßenergieaufnahme sicherzustellen. Das Gewicht des mit den Verstärkungselementen 272, 274 ausgestatteten Frontseitenelements 244 kann um ca. 20 bis 30% des Gewichts eines herkömmlichen Frontseitenelements mit einer Doppelblech- oder Dickblechstruktur verringert werden.
Fig. 42(a) ist eine Querschnittsansicht in Querrichtung der Stoßstange 266, die in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der Stoßstange 266 aufgenommen worden ist, während Fig. 42(b) eine Querschnittsansicht in Querrichtung eines Stoßstangenverstärkungsträgers 286, die in einer Ebene mit der Mittellinie O des Träger 286 aufgenommen worden ist. Die Stoßstange 266 umfasst den Stoßstangenverstärkungsträger 382 der Hohlstruktur, der sich in der Querrichtung des Fahrzeugs 190 erstreckt, sowie einen aus Urethanschaum ausgeformten Puffer 288, der vor dem Träger 382 angeordnet ist. Der Stoßstangenverstärkungsträger 286 umfasst ein Paar U-förmige Bleche 286a, 286b, die stumpf aneinander gestoßen und miteinander verschraubt sind, um eine Hohlstruktur mit einer im Wesentlichen rechteckigen Querschnittsform in Querrichtung auszubilden. Der Träger 286 umfasst ferner drei Verstärkungselemente 292, die in seiner Hohlstruktur 286a, 286b angeordnet sind. Das Paar Stoßstangenaufnahmen 268 ist an den entgegengesetzten Endabschnitten der Stoßstange 266 angeschraubt, um sich in die Rückwärtsrichtung des Fahrzeugs 290 zu erstrecken.
Jedes Verstärkungselement 292 ist eine Hohlstruktur, deren Innenoberfläche eine im Wesentlichen rechteckige Querschnittsform in Querrichtung hat, die im Wesentlichen gleich der Querschnittsform in Querrichtung der Innenoberfläche der Hohlstruktur 286a, 286b ist. Das Verstärkungselement 292 ist in der Hohlstruktur 286a, 286b so angeordnet, dass die Außenoberfläche des Verstärkungselements 292 in im Wesentlichen enger Anlage mit der Innenoberfläche der Hohlstruktur 286a, 286b steht. Das Verstärkungselement 292 hat einen dickwandigen Abschnitt in der Form einer Trennwand 294 als seinen axialen Mittelabschnitt, sowie zwei Abschnitte 296 abnehmender Dicke an den entgegengesetzten Seiten der Trennwand 294. Jeder Abschnitt 296 abnehmender Dicke hat eine Innenoberfläche, die so ausgeformt ist, dass die Wanddicke in der Axialrichtung von der Trennwand 294 aus zum entsprechenden Ende des Verstärkungselements 292 hin linear abnimmt, von denen die Wanddicke im Wesentlichen null ist. Das Verstärkungselement ist aus einer Leichtlegierung mit einer relativ geringen spezifischen Schwerkraft und einer relativ hohen Festigkeit ausgebildet, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung A5056, JIS. Eines der drei Verstärkungselemente 292 ist an einem axialen Mittelabschnitt des Stoßstangenverstärkungsträgers 286 angeordnet und die anderen beiden Verstärkungselemente 292 sind an den entgegengesetzten Endabschnitten des Träger 296 angeordnet, an denen die Stoßstangenaufnahmen 278 geändert sind. Das mittlere Verstärkungselement 292 hat eine etwas höhere Länge als diejenige der Endverstärkungselemente 292.
Der dickwandige Abschnitt in der Form der Trennwand 294 ist wirksam, um den Verstärkungselement 292 einen erhöhten Knickwiderstand zu geben, während die Abschnitte 296 abnehmender Dicke wirksam sind, um einer Spannungskonzentration um die entgegengesetzten Enden des Verstärkungselements 292 herum vorzubeugen, so dass der Träger 268 in der Lage ist, eine Aufprallenergie wirksam aufzunehmen und gegen übermäßige Verformung oder gegen Bruch geschützt ist, während der Anstieg des Gewichts und der Kosten des Trägers 286 aufgrund der Bereitstellung des Verstärkungselements 292 minimiert wird. Das Gewicht des die Verstärkungselemente 292 umfassenden Trägers 286 kann um 30% oder mehr des Gewichts eines herkömmlichen Stoßstangenverstärkungsträgers 286 mit einer Doppelblech- oder Dickblechstruktur verringert werden.
Beispielsweise können die Strukturelemente gemäß den Ausführungsformen der Fig. 35 bis 42 ein oder mehrere der obenstehend bezüglich der Aufprallträger für Fahrzeugseitentüren unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 34 beschriebenen Verstärkungselemente verwenden. Des Weiteren können die Abmessungen und die Materialien der Strukturelemente und der Verstärkungselemente wie benötigt geeignet verändert werden.

Claims

1. Verstärkungselement (16, 40, 60, 80,110, 120, 130, 140, 150, 162, 208, 220, 228, 238, 252, 272, 292, 294), das ortsfest in einem Hohlstrukturelement (10, 160, 192, 194, 196, 198, 244, 248, 286) angeordnet ist, welches einen ortsfest an einem Kraftfahrzeug angeordneten Hohlkörperabschnitt (12, 192a, 192b, 194a, 94b, 196a, 196b, 198a, 198b, 224, 248, 286a, 286b) aufweist, mit einer Hohlstruktur, die eine Außenoberfläche umfasst und die ortsfest innerhalb des Hohlkörperabschnitts so angeordnet ist, dass die Außenoberfläche der Hohlstruktur in im wesentlichen enger Anlage mit einer Innenoberfläche des Hohlkörperabschnitts steht, gekennzeichnet durch:

einen axialen Mittelabschnitt (18, 42, 62, 82, 96, 102, 164, 112, 122, 132, 142, 152, 204, 216, 234, 256, 276; 294) mit höchster Biegesteifigkeit; und

axial ausgedehnte, entgegengesetzte Endabschnitte (20, 44, 66, 98, 104, 166, 114, 124, 134, 146, 154, 206, 218, 236, 258, 278, 296), die jeweils eine Biegesteifigkeit aufweisen, welche vom axialen Mittelabschnitt aus in Axialrichtung zu einem Axialende eines jeweiligen axial ausgedehnten, entgegengesetzten Endabschnitts hin kontinuierlich in einer Weise abnimmt, dass die Biegesteifigkeit am Axialende im wesentlichen Null ist, so dass die Biegesteifigkeit näherungsweise eine Funktion des Verlaufs der Spannungsverteilung in Axialrichtung in dem Hohlstrukturelement (10, 160, 192, 194, 196, 198, 244, 248, 286) ohne Verstärkungselement ist, wenn es mittig mit einer Querkraft beaufschlagt wird.

2. Verstärkungselement nach Anspruch 1 mit:

einem dickwandigen Abschnitt (18, 42, 62, 82, 96, 102, 164, 112, 122, 132, 142, 152, 204, 216, 234, 256, 276, 294) als seinem axialen Mittelabschnitt; und

zwei Abschnitten abnehmender Dicke (20, 44, 66, 98, 104, 166, 114, 124, 134, 146, 154, 206, 218, 236, 258, 278, 296) als seine an entgegengesetzten Seiten des Abschnitts großer Wanddicke angeordneten axial ausgedehnten, entgegengesetzten Endabschnitte, wobei

jeder der beiden Abschnitte abnehmender Dicke eine Innenoberfläche hat, die in einer Weise geformt ist,

dass eine Wanddicke jedes Abschnitts abnehmender Dicke vom dickwandigen Abschnitt aus in Axialrichtung zu einem Axialende eines jeweiligen axial ausgedehnten, entgegengesetzten Endabschnitts hin kontinuierlich abnimmt und in einer Weise,

dass die Wanddicke am Axialende im wesentlichen Null ist.

3. Hohlstrukturelement (10, 160, 192, 194, 196, 198, 244, 248, 286) mit einem Hohlkörperabschnitt (12, 192a, 192b, 194a, 194b, 196a, 196b, 198a, 198b, 224, 248, 286a, 286b), der ortsfest an einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, wobei das Hohlstrukturelement des Weiteren ein Verstärkungselement nach Anspruch 2 aufweist.

4. Hohlstrukturelement nach Anspruch 3, wobei der dickwandige Abschnitt aus zumindest einer festen Trennwand (18, 42, 62, 90, 96, 102, 112, 132, 142, 152, 234, 256, 276, 294) besteht, die jeweils einen Raum innerhalb der Hohlstruktur des Verstärkungselements in zwei axiale Bereiche aufteilt.

5. Hohlstrukturelement nach Anspruch 3, wobei der Hohlkörperabschnitt eine im wesentlichen röhrenförmige Struktur (12) hat, das Verstärkungselement eine im wesentlichen röhrenförmige Struktur (16, 40, 60, 80, 110, 13,0, 140) mit einer Außenoberfläche in im wesentlichen enger Anlage mit einer Innenoberfläche der im wesentlichen röhrenförmigen Struktur des Hohlkörperabschnitts, und wobei der dickwandige Abschnitt aus zumindest einer festen Trennwand (18, 42, 62, 90, 96, 102, 1121132, 142) besteht, die einen Raum innerhalb der im wesentlichen röhrenförmigen Struktur des Verstärkungselements in zwei axiale Bereiche aufteilt, und jeder Abschnitt abnehmender Dicke einen Innendurchmesser aufweist, der vom dickwandigen Abschnitt aus in der Axialrichtung zum Axialende hin ansteigt, so dass die Wanddicke jedes Abschnitts abnehmender Dicke linear in Axialrichtung abnimmt.

6. Hohlstrukturelement nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der dickwandige Abschnitt (42, 90, 96, 102, 112, 122, 152) eine Wanddicke hat, die sich nichtlinear entsprechend einer Spannungsverteilung am Hohlkörperabschnitt (12) ändert, die auftritt, wenn der Hohlkörperabschnitt infolge einer Kollision des Kraftfahrzeugs einer Stoßlast ausgesetzt wird.

7. Hohlstrukturelement nach Anspruch 5, wobei jede feste Trennwand (42, 96, 102) entgegengesetzte Kugelsegmentoberflächen aufweist, die jeweils eine Krümmung mit einem Mittelpunkt auf einer Mittellinie (0) der im wesentlichen röhrenförmigen Struktur jedes Verstärkungselements (40, 80, 110, 120, 150) aufweisen, wobei jede Kugelsegmentoberfläche übergangslos an die Innenoberflächen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke (44, 98, 104) anschließt.

8. Hohlstrukturelement nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Verstärkungselement ferner zwei Abschnitte konstanter Dicke (22, 64, 144) unfasst, die zwischen der festen Trennwand (18, 62, 142) und den beiden Abschnitten abnehmender Dicke (20, 66, 146) ausgebildet sind, und wobei jeder Abschnitt konstanter Dicke eine konstante Wanddicke hat und im Zusammenwirken mit der festen Trennwand eine Ausrundung mit einem vorgegebenen Radius einer Krümmung (R) eingrenzen.

9. Hohlstrukturelement nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei das Verstärkungselement (162) als integraler Bestandteil des Hohlkörperabschnitts (160) ausgebildet ist.

10. Hohlstrukturelement nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei

das Verstärkungselement (16, 252, 272) als ein Zwischenverstärkungselement in einem axialen Zwischenabschnitt des Hohlkörperabschnitts angeordnet ist und

das Hohlstrukturelement außerdem ein Endverstärkungselement (34, 254, 274) aufweist, das eine Hohlstruktur mit einer Außenoberfläche hat und in zumindest einem der axial entgegengesetzten Endabschnitte des Hohlkörperabschnitts (12, 244, 248) in einer Weise angeordnet ist, dass die Außenoberfläche der Hohlstruktur in im wesentlichen enger Anlage mit einer Innenoberfläche des Hohlkörperabschnitts steht, wobei

das Endverstärkungselement einen Abschnitt abnehmender Dicke (38, 262, 282) als einen seiner axial ausgedehnten, entgegengesetzte Endabschnitte umfasst, welcher sich auf Seiten des axialen Zwischenabschnitts des Hohlkörperabschnitts befindet, und wobei

der Abschnitt abnehmender Dicke eine Innenoberfläche aufweist, die in einer Weise ausgebildet ist,

dass eine Wanddicke des Abschnitts abnehmender Dicke vom anderen axial ausgedehnten, entgegengesetzten Endabschnitt aus in Axialrichtung zu diesem axial ausgedehnten, entgegengesetzten Endabschnitte hin kontinuierlich abnimmt und in einer Weise,

dass die Wanddicke des Endverstärkungselement an einem Axialende dieses axial ausgedehnten, entgegengesetzten Endabschnitts des Abschnitts abnehmender Dicke im wesentlichen Null ist.

11. Hohlstrukturelement nach einem der Ansprüche 3 bis 10, das als ein Aufprallträger (10, 160) dient, welcher ortsfest in einer Seitentür des Fahrzeugs so angeordnet ist, dass er sich in Fahrtrichtung des Fahrzeugs erstreckt.

12. Hohlstrukturelement nach einem der Ansprüche 3 bis 11, das als ein Element aus folgender Auswahl dient:

einer Gruppe, die aus einer B-Säule (192), einer Seitentür-Taillierung (194), einem Türschweller (196), einer A-Säule (198), einem vorderen Querträger (248), einem vorderen Längsträger (244) und einem Stoßstangenverstärkungsträger (286) eines Kraftfahrzeugs (190).

13. Verstärkungselement nach Anspruch 2, mit:

einem ersten Stück (82), das einen ersten Bestandteil (82) des dickwandigen Abschnitts (82, 96, 102) darstellt und einen ersten und zweiten eingriffsabschnitt (92, 94) an seinen axial entgegengesetzten Enden umfasst;

einem zweiten Stück (84), das einen (98) der beiden Abschnitte abnehmender Dicke (98, 104) umfasst und einen zweiten Bestandteil (96) des dickwandigen Abschnitts bildet, wobei

dieser zweite Bestandteil an den einen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke angrenzt, und wobei

das zweite Stück einen Eingriffsendabschnitt (100) umfasst, der von dem einen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke entfernt liegt und der mit dem zweiten Eingriffsabschnitt (94) des ersten Stücks in Eingriff steht; und

einem dritten Stück (86), das den anderen (102) der beiden Abschnitte abnehmender Dicke umfasst und einen dritten Bestandteil (102) des dickwandigen Abschnitts bildet,

wobei dieser dritte Bestandteil an den anderen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke angrenzt, und wobei

das dritte Stück einen Eingriffsendabschnitt (106) umfasst, der von dem anderen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke entfernt liegt und der mit dem ersten Eingriffsabschnitt (94) des ersten Stücks in Eingriff steht,

so dass der erste, zweite und dritte Bestandteil den dickwandigen Abschnitt (82, 96, 102) bilden.

14. Verstärkungselement nach Anspruch 2, wobei

der Hohlkörperabschnitt eine im wesentlichen röhrenförmige Struktur (12) aufweist, und

das Verstärkungselement eine im wesentlichen röhrenförmige Struktur (16, 40, 60, 80, 110, 130, 140) aufweist, die eine Außenoberfläche in im wesentlichen enger Anlage mit einer Innenoberfläche der im wesentlichen röhrenförmiger Struktur des Hohlkörperabschnitt besitzt, und wobei

der dickwandige Abschnitt aus zumindest einer festen Trennwand (18, 42, 62, 90, 96, 102, 112, 132, 142) besteht, die jeweils einen Raum innerhalb der röhrenförmigen Struktur des Verstärkungselements in zwei axiale Bereiche aufteilt, und

der Abschnitt abnehmender Dicke einen Innedurchmesser aufweist, der in der Axialrichtung vom dickwandigen Abschnitt aus zum Axialende hin ansteigt, so dass die Wanddicke jedes Abschnitts abnehmender Dicke in der Axialrichtung linear abnimmt, und

jede feste Trennwand (42, 96, 102) entgegengesetzte Kugelsegmentoberflächen aufweist, die jeweils eine Krümmung mit einem Mittelpunkt auf einer Mittellinie (0) der im wesentlichen röhrenförmigen Struktur jedes Verstärkungselements (40, 80, 110, 120, 150) aufweisen, wobei

jede Kugelsegmentoberfläche übergangslos an die Innenoberflächen der beiden Abschnitte abnehmender Dicke (44, 98, 104) anschließt, und

das Verstärkungselement in einem Verfahren gefertigt wird, das eine Schmiedeschritt umfasst, in dem ein Rohling (58) zu einem Blech (182, 182a) kaltgeschmiedet wird, aus dem das Verstärkungselement geformt ist.