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Die Erfindung betrifft eine Aufbaustruktur für eine Karosserie eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die Aufbaustruktur für eine Karosserie eines Fahrzeugs ist eine Tragkonstruktion, an der einzelne Bauteile des Fahrzeugs, wie der Motor, die Achsen, die Lenkung oder die Federung befestigbar sind. Schweller sind Teil der so genannten Bodengruppe der Karosserie eines Kraftfahrzeugs. Ihnen kommt eine hohe Bedeutung hinsichtlich der Sicherheit der Insassen des Kraftfahrzeugs zu. Die Bodengruppe mit den Schwellern bildet zusammen mit den Säulen, wie A-Säule, B-Säule, C- und/oder D-Säule, und dem Dachrahmen die stabile Fahrgastzelle, die bei Unfällen die Insassen vor Schäden bewahren soll. Bei einem Seitenaufprall auf das Kraftfahrzeug wird der Schweller von der Crashkraft beaufschlagt und leitet die Aufprallenergie in die Aufbaustruktur weiter.
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Durch die Beaufschlagung der Schweller mit der Aufprallenergie müssen diese eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um eine Beschädigung der Fahrgastzelle verhindern zu können. Insbesondere bei Schwellern, die besonders steif ausgebildet sind, um eine ausreichend große Stabilität der Karosserie zu gewährleisten, kann die in die Schweller eingeleitete Aufprallenergie zu einem Bruch der Schweller führen und damit zu einer Gefährdung der Insassen innerhalb der Fahrgastzelle.
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Aus der
EP 0 601 045 B1 ist eine Aufbaustruktur für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei welcher zur Erhöhung der Seitensteifigkeit in den Türen Beplankungen vorgesehen sind, die insbesondere bei Kollisionen mit seitlich aufprallenden Kraftfahrzeugen Aufprallenergie zum Schutz der Insassen mit abbauen. Die Türen stützen sich dabei an Vertikalstützen ab, die ebenfalls entsprechend zu versteifen sind.
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Aus der
DE 10 2004 014 664 A1 ist eine Aufbaustruktur bekannt, welche auf beiden Seiten jeweils eine Vertikalstütze aufweist, die mit Schwellern der Aufbaustruktur fest verbunden ist, wobei im Bereich der Vertikalstützen ein seitensteifer Querträger über dem Boden der Aufbaustruktur angeordnet und mit den Schwellern ebenfalls fest verbunden ist. Zur Schaffung einer seitensteifen Aufprallstruktur ist oberhalb der Schweller jeweils eine quer ausgerichtete Strebe angebracht, die mit der Vertikalstütze fest verbunden ist.
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Aus der
US 7,216,924 B2 ist eine Aufbaustruktur für eine Karosserie eines Fahrzeugs mit in Richtung einer Fahrzeuglängsachse verlaufenden Schwellern bekannt, welche über Befestigungsblöcke mit Längsträgern verbunden sind. Über die Befestigungsblöcke kann bei einem seitlichen Aufprall nicht von den Schwellern absorbierte Aufprallenergie an den Längsträber übertragen werden, wobei die Schweller als Deformationselement bei einem Seitenaufprall wirken.
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Aus der
DE 10 2004 016 137 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer selbsttragenden Karosserie bekannt, die zwei gegenüberliegende Seitenrahmen aufweist, an deren unteren Enden jeweils ein Seitenschweller angeordnet ist, wobei eine Bodengruppe die beiden Seitenrahmen miteinander verbindet. Zwischen dem jeweiligen Seitenrahmen und dem korrespondierenden Schweller vorhandene Hohlräume werden über eine Mindestlänge in Fahrzeuglängsrichtung und eine Mindestbreite in Fahrzeugquerrichtung mit einem entsprechend steifen Verstärkungselement so ausgefüllt, dass bei einem Aufsetzen des hinteren Endes der Bodenwand des jeweiligen Schwellers beim Überfahren einer Fahrbahnunebenheit zumindest eine Beschädigung eines Bodenabschnitts des Seitenrahmens durch eine großflächige Aufnahme der dabei entstehenden Kraft vermieden ist.
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In der
DE 43 26 270 C2 wird ein Kraftfahrzeug mit einem vorderen und einem hinteren Stoßfänger und einer steifen Bodenstruktur, die in einer gemeinsamen Ebene mit den Stoßfängern angeordnet ist, sowie mit einer Fahrgastzelle seitlich begrenzenden Karosserieteilen beschrieben. Die steife Bodenstruktur ist im Bereich der Fahrgastzelle durch Seitenschweller und mehrere sich in der mit den Stoßfängern gemeinsamen Ebene zwischen diesen Seitenschwellern erstreckenden Querträgern gebildet. Zudem sind in den seitlichen Karosserieteilen auf Höhe der Bodenstruktur über die Länge der Fahrgastzelle verteilt mehrere energieabsorbierende Aufprallelemente derart integriert, dass sich die energieabsorbierenden Aufprallelemente zwischen Innen- und Außenschale der Karosserieteile erstrecken. Die energieabsorbierenden Bauteile sind in den Seitentüren bzw. einem karosseriefesten seitlichen Karosserieteil angeordnet und können sich über die gesamte Länge eines jeden Seitenschwellers erstrecken.
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Aus der
DE 100 31 901 A1 ist ein Kraftwagen mit einer gattungsgemäßen Aufbaustruktur bekannt, welche in Richtung einer Fahrzeuglängsachse verlaufende Schweller aufweist. An den Schwellern sind Deformationseinheiten angeordnet, welche sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Schwellers erstrecken und großflächig an einer Außenfläche des Schwellers angeordnet sind und nicht absorbierte Aufprallenergie in den Schweller leitet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Aufbaustruktur für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die bei einfacher und kostengünstiger Konstruktion eine ausreichende Seitensteifigkeit aufweist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Aufbaustruktur für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Aufbaustruktur für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die bei einfacher und kostengünstiger Konstruktion eine ausreichende Seitensteifigkeit aufweist, ist an mindestens einem Schweller eine Deformationseinheit angeordnet, die sich über mindestens einen Teil der Länge des Schwellers erstreckt. In vorteilhafter Weise ist hierdurch eine konstruktiv einfache Seitenaufprallschutzvorrichtung realisierbar, über welche eine verbesserte Einleitung der auftretenden Aufprallenergie in die Aufbaustruktur und eine gleichmäßigere Verteilung dieser Aufprallenergie in der Aufbaustruktur erfolgen kann. Über das Deformationselement kann in baulich einfacher und kostengünstiger Weise Aufprallenergie vorzugsweise definiert abgebaut und/oder an die Aufbaustruktur weitergeleitet werden, um die Seitensteifigkeit des Aufbaus des Kraftfahrzeugs zu verbessern. Hierdurch wird die in den Schweller eingeleitete Aufprallenergie minimiert und der Schweller kann mit einer höheren Steifigkeit gebildet werden, wodurch sich in vorteilhafter Weise eine Erhöhung der Stabilität der Karosserie ergibt. Im Ergebnis lässt sich somit ein verbesserter Insassenschutz des Kraftfahrzeugs dadurch realisieren, dass die Schweller im Falle eines Seitenaufpralls besser zur Verzehrung von Energie herangezogen werden können und Intrusionen in die Fahrgastzelle nur begrenzt möglich sind.
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Erfindungsgemäß ist eine Ausführung der Aufbaustruktur in Monocoque-Bauweise vorgesehen. In vorteilhafter Weise ist ein Monocoque sehr leicht und verwindungssteif, kann aber trotz Leichtbauweise über die weitgehend geschlossene Außenhaut einen großen Teil von eventuell am Kraftfahrzeug angreifenden Kräften aufnehmen. Zudem erstreckt sich die Deformationseinheit über die gesamte Länge des Schwellers. In vorteilhafter Weise ist hierdurch die Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs über ihre gesamte Länge geschützt. Somit wird im Falle eines Seitenaufpralls die Fahrgastzelle entlastet und die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöht. Des Weiteren ist die Deformationseinheit derart am Schweller angeordnet, dass sie die nicht absorbierte Aufprallenergie in den Schweller leitet. In vorteilhafter Weise ist die Deformationseinheit so am Schweller angeordnet, dass sie bei einem Seitenaufprall die Aufprallenergie großflächig in den Schweller weiterleiten kann. Vorzugsweise trägt die Deformationseinheit dazu bei, dass selbst bei einem heftigen Seitenaufprall der beaufschlagte Schweller gar nicht beziehungsweise weniger weit in den Fahrzeuginnenraum hineinverformt wird. D.h. bei einem Seitenaufprall wird zunächst unter Absorption von Aufprallenergie die Deformationseinheit beaufschlagt, bevor diese die nicht absorbierte Aufprallenergie in den Schweller leitet. Hierdurch sind im Falle eines Seitenaufpralls auf die Insassen des Kraftfahrzeugs wirkende Kraft- und Beschleunigungsspitzen reduzierbar.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aufbaustruktur erstreckt sich die Deformationseinheit über die gesamte Höhe des Schwellers. In vorteilhafter Weise steht hierdurch die gesamte Höhe des Schwellers zur Weiterleitung von nicht absorbierter Aufprallenergie in die Aufbaustruktur zur Verfügung. Auch hier wird im Falle eines Seitenaufpralls die Fahrgastzelle entlastet und die Sicherheit der Fahrzeuginsassen erhöht.
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Vorzugsweise ist die Deformationseinheit dazu vorgesehen, die bei einem im Wesentlichen in Richtung einer Fahrzeugquerachse erfolgten Seitenaufprall auftretende Aufprallenergie mindestens teilweise zu absorbieren. In vorteilhafter Weise wird hierdurch erreicht, dass bei einem Seitenaufprall die Deformationseinheit zunächst die Aufprallenergie zumindest teilweise verbraucht.
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Bevorzugt ist die Deformationseinheit derart ausgebildet, dass die Aufprallenergie mindestens teilweise in Verformungsenergie umgewandelt wird. Die Ausbildung der Deformationseinheit bewirkt, dass bei einem Seitenaufprall zuerst die Deformationseinheit gezielt verformt und dabei mindestens einen Teil der Aufprallenergie verbraucht wird, d.h. die Deformationseinheit nimmt mindestens einen Teil der kinetischen Aufprallenergie auf und wandelt diese in Verformungsenergie um. In vorteilhafter Weise dient sie somit auch zum Schutz des Schwellers.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Aufbaustruktur ist der Schweller derart in der Aufbaustruktur verankert, dass dieser bei einem Seitenaufprall die nicht absorbierte Aufprallenergie in die Aufbaustruktur weiterleitet. In vorteilhafter Weise wird durch die Verankerung des Schwellers in der Aufbaustruktur eine Verbesserung der Krafteinleitung in die Aufbaustruktur erzielt. Vorzugsweise ist der Schweller so in der Aufbaustruktur verankert, dass die Aufbaustruktur die weitergeleitete Aufprallenergie möglichst großflächig aufnehmen kann.
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Vorzugsweise ist der Schweller in der A-Säule und/oder der B-Säule und/oder im Boden der Aufbaustruktur verankert. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht auf einfache Weise eine biegesteife Konstruktion der Aufbaustruktur mit einer im Wesentlichen in Richtung einer Fahrzeugquerachse verlaufenden Einleitung der Aufprallenergie in die Aufbaustruktur.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht auf eine ausschnittsweise dargestellte Aufbaustruktur für eine Karosserie eines Fahrzeugs im Bereich einer Innenseite, wobei ein Schweller erkennbar ist,
- 2 einen Querschnitt durch den Schweller aus 1 mit einer erfindungsgemäßen Deformationseinheit, und
- 3 eine schematische Ansicht auf einen ausschnittsweise dargestellten Boden der Aufbaustruktur, wobei zwei Schweller mit erfindungsgemäßen Deformationseinheiten erkennbar sind.
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1 zeigt eine schematische Ansicht auf eine ausschnittsweise dargestellte Aufbaustruktur 10 für eine Karosserie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftzeugs, im Bereich einer Innenseite, wobei ein Kraftfahrzeug in der Regel beidseitig jeweils einen in Fahrzeuglängsrichtung 12 verlaufenden Schweller 14, 16 aufweist, wovon in der 1 jedoch nur ein Schweller 14 erkennbar ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Aufbaustruktur 10 vorzugsweise in Monocoque-Bauweise ausgeführt, d.h. die Aufbaustruktur 10 ist hier als in einschaliger Bauweise gefertigte tragende Struktur des Kraftfahrzeugs ausgeführt.
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Gemäß dem in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Aufbaustruktur 10 zumindest einen Boden 28, die beiden seitlichen, vorzugsweise steifen Schweller 14 und 16, einen mittleren Längsträger bzw. Kardantunnel 30, mehrere Querträger 32, 34, 36 sowie gemäß 1 die A-Säule 24 und die B-Säule 26 auf. Der Boden 28, die Schweller 14, 16 sowie der Kardantunnel 30 gehen gemäß 3 in nicht dargestellter Weise in einen Vorbau 38 und eine heckseitige Tragstruktur 40 der Karosserie des Kraftfahrzeugs über.
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Um eine Aufbaustruktur 10 für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die bei einfacher und kostengünstiger Konstruktion eine ausreichende Seitensteifigkeit aufweist, ist erfindungsgemäß an mindestens einem Schweller 14, 16 eine Deformationseinheit 18, 20 angeordnet, die sich über mindestens einen Teil der Länge L des Schwellers 14, 16 erstreckt. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Schweller 14 aus 1 mit der erfindungsgemäßen Deformationseinheit 18. Die Deformationseinheit 18, 20 ist hierbei als einstückig mit dem Schweller 14, 16 ausgebildetes Bauteil vorgesehen
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3 zeigt eine schematische Ansicht auf einen ausschnittsweise dargestellten Boden 28 der Aufbaustruktur 10, wobei die beiden Schweller 14, 16 mit jeweils einer erfindungsgemäßen Deformationseinheit 18, 20 erkennbar sind. Die Deformationseinheit 18, 20 liegt am Außenbereich des Schwellers 14, 16 an. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Deformationseinheit 18, 20 vorzugsweise, wie in 3 sichtbar, über die gesamte Länge L und, wie in 2 sichtbar, über die gesamte Höhe H des Schwellers 14, 16.
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Die Deformationseinheit 18, 20 ist dazu vorgesehen, die bei einem im wesentlichen in Richtung einer Fahrzeugquerachse 22 erfolgten Seitenaufprall auftretende Aufprallenergie mindestens teilweise zu absorbieren. Die Deformationseinheit 18, 20 baut zumindest teilweise die auftretende kinetische Energie bzw. die Aufprallenergie gezielt ab und verhindert dadurch, dass diese Energie bzw. dieser Teil der Energie auf den Schweller 14, 16 weitergeleitet wird. Der Abbau der Energie durch die Deformationseinheit 18, 20 ermöglicht es, dass der Schweller 14, 16 sehr steif ausgebildet werden kann, um eine ausreichend große Stabilität der Karosserie des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten. Insbesondere bei großen Personenkraftfahrzeugen ist die Anordnung der Deformationseinheit besonders vorteilhaft, da bei diesen Fahrzeugen eine große Stabilität der Karosserie und dementsprechend sehr steife Schweller notwendig sind.
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Die Deformationseinheit 18, 20 ist derart ausgebildet, dass die Aufprallenergie mindestens teilweise in Verformungsenergie umgewandelt wird. Dies führt dazu, dass bei einer angenommenen Aufprallbelastung durch eine Crashkraft FC auf die Schweller 14, 16 auf Grund der Deformationseinheiten 18, 20 keine bzw. eine geringere Verformung des Schwellers 14, 16 in den Innenraum der Karosserie des Kraftfahrzeugs auftritt.
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Die Deformationseinheit 18, 20 ist derart am Schweller 14, 16 angeordnet, dass sie die nicht absorbierte Aufprallenergie in den Schweller 14, 16 leitet.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Schweller 14, 16 derart in der Aufbaustruktur 10 verankert, dass dieser bei einem Seitenaufprall die nicht absorbierte Aufprallenergie in die Aufbaustruktur 10 weiterleitet. Besonders bevorzugt ist der Schweller 14, 16 in der A-Säule 24 und/oder der B-Säule 26 und/oder im Boden 28 der Aufbaustruktur 10 verankert.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Deformationseinheit 18, 20 als einstückiges Bauteil ausgebildet.
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Derartige Deformationseinheiten 18, 20 lassen sich in einer Vielzahl verschiedener Fahrzeuge einsetzen, so kann die erfindungsgemäße Aufbaustruktur 10 nicht nur in klassischen Personenkraftfahrzeugen, sondern beispielsweise auch in Omnibussen oder Lastkraftwagen eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Aufbaustruktur
- 12
- Fahrzeuglängsachse
- 14
- Schweller
- 16
- Schweller
- 18
- Deformationseinheit
- 20
- Deformationseinheit
- 22
- Fahrzeugquerachse
- 24
- A-Säule
- 26
- B-Säule
- 28
- Boden
- 30
- Längsträger bzw. Kardantunnel
- 32
- Querträger
- 34
- Querträger
- 36
- Querträger
- 38
- Vorbau
- 40
- heckseitige Tragstruktur
- L
- Länge des Schwellers
- H
- Höhe des Schwellers
- FC
- Crashkraft