DE19647334B4

DE19647334B4 - Seitenaufprallträger für einen Personenkraftwagen

Info

Publication number: DE19647334B4
Application number: DE19647334A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr.-Ing. Töpker; Werner Böhmer; Ludger Dipl.-Ing. Gehringhoff
Original assignee: Benteler Deutschland GmbH
Current assignee: Benteler Deutschland GmbH
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2016-11-16
Also published as: DE19647334A1; US5887938A

Abstract

Seitenaufprallträger für einen Personenkraftwagen, insbesondere für eine Fahrzeugtür, der ein zur Außenhaut (2) des Personenkraftwagens hin offenes hutförmiges Querschnittsprofil (12,12a) aus Stahlblech mit wenigstens einem der Außenhaut (2) abgewandten Steg (13,13a), zwei sich an den Steg (13,13a) anschließenden, zur Außenhaut (2) gerichteten Schenkeln (14,14a) und zwei mit den Schenkeln (14,14a) verbundenen, einander abgewandten Flanschen (15,15a) umfasst, und bei welchem von seiner Mittelquerebene (MQE) ausgehend die Höhe (H) des Querschnittsprofils (12,12a) in Richtung auf die der Festlegung am Fahrzeugrahmen (9) dienenden Trägerenden (16) entsprechend einem Kurvenverlauf (18) stets abnimmt, und dass bei einem in der Längsmitte des Seitenaufprallträgers (11) liegenden Trägerabschnitt (25) die den Längskanten (21) der Flansche (15a) benachbarten Längenbereiche (22) parallel zu den Schenkeln (14a) verlaufend umgeformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerabschnitt (25), dessen Länge maximal ein Drittel der gesamten Länge (L) des Seitenaufprallträgers (11) beträgt; kurvenförmige Übergänge (26,27) zu den beiderseits angrenzenden Trägerabschnitten (28) aufweist und...

Description

Die Erfindung betrifft einen Seitenaufprallträger für einen Personenkraftwagen, insbesondere für eine Fahrzeugtür, gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Seitenaufprallträger mit zur Außenhaut eines Personenkraftwagens, insbesondere zur Außenhaut einer Fahrzeugtür, offenen hutförmigen Querschnittsprofilen haben sich aufgrund ihrer hohen Steifigkeit, ihrer guten Verformungsfähigkeit und hohen Profilstabilität bei mittiger Belastung als bevorzugte Türverstärkungen erwiesen.

Von den Anforderungen der Praxis her sollten sich bei mittiger Belastung eines Seitenaufprallträgers annähernd gleiche Biegespannungen entlang seiner gesamten Länge ergeben. Im Idealfall müsste folglich das Widerstandsmoment vom Maximum in der in der Regel in der Türmitte liegenden Mittelquerebene ausgehend zu den Befestigungen des Seitenaufprallträgers am Fahrzeugrahmen, insbesondere an den A-, B- und C-Holmen des Fahrzeugrahmens, linear abfallen. Derart gestaltete Seitenaufprallträger weisen jedoch eine nicht ausreichende Steifigkeit auf, da sie im elastischen Bereich zu stark einfedern. Andererseits zeigen Seitenaufprallträger mit maximalem konstantem Widerstandsmoment entlang ihrer gesamten Länge zwar im elastischen Bereich eine hohe Steifigkeit, indessen knicken sie frühzeitig ein.

Bei einem ebenfalls zum Stand der Technik zählenden Seitenaufprallträger mit einem hutförmigen Querschnittsprofil (PCT/SE 93/00760) soll die Widerstandsfähigkeit dadurch gewährleistet werden, dass der Seitenaufprallträger mindestens einen Trägerabschnitt aufweist, bei welchem die Breite des Stegs in Richtung auf ein Trägerende abnimmt, jedoch die Querschnittshöhe im wesentlichen gleich bleibt. Außerdem ist mindestens ein weiterer Trägerabschnitt vorgesehen, bei welchem die Höhe in Richtung auf das Trägerende abnimmt, wobei jedoch die Breite des Stegs im wesentlichen gleich bleibt.

Im Umfang der FR 2 425 338 ist ein gattungsbildender Seitenaufprallträger bekannt, der zwei im Abstand nebeneinander verlaufende, einstückig miteinander verbundene Hutprofile aufweist. Die Schenkel jedes Hutprofils verlaufen parallel zueinander, so dass jedes Hutprofil einen etwa rechteckigen Querschnitt aufweist. Die beiden Hutprofile erstrecken sich leicht bogenförmig von dem einen Trägerende zum anderen Trägerende, wobei die Höhe der Hutprofile von der Mittelquerebene des Seitenaufprallträgers ausgehend in Richtung auf die der Festlegung am Fahrzeugrahmen dienenden Trägerenden entsprechend einer Kurve abnimmt. In der Mittelquerebene besitzt der Seitenaufprallträger seine größte Breite. Diese nimmt zu den Trägerenden kontinuierlich ab. Dadurch sind die Längskanten bogenförmig konvex gestaltet. Diese werden über die gesamte Länge des Seitenaufprallträgers durch abgebogene Randabschnitte gebildet. In der Mitte zwischen den Hutprofilen befindet sich in einem mittleren Trägerabschnitt eine Längssicke.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Seitenaufprallträger zu schaffen, welcher im Falle eines Seitencrashs unter Berücksichtigung der insbesondere durch die Scheiben und deren Hebe mechanismen bedingten Einbausituationen in den Fahrzeugtüren ein optimales Verformungsverhalten bei geringstmöglichem Materialeinsatz besitzt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.

Bei diesem Seitenaufprallträger wird – wie beim gattungsprägenden Stand der Technik – eine ausreichende Steifigkeit und Stabilität durch einen Widerstandsmomentenverlauf erreicht, der vom Maximum in der Mittelquerebene des Seitenaufprallträgers, welcher etwa in der Türmitte liegt, aufgrund eines gleichförmigen oder ungleichförmigen Kurvenverlaufs zu den der Festlegung am Fahrzeugrahmen dienenden Trägerenden hin stets abnimmt. Die Profilhöhenreduzierung kann hierbei insbesondere parabelförmig oder durch ähnliche Kurvenverläufe erzielt werden. Eine derartige Reduzierung der Profilhöhe kommt in vorteilhafter Weise der Einbausituation in einer Fahrzeugtür entgegen. Durch die Erfindung kann der maximal zur Verfügung stehende Einbauraum zwischen den Hebemechanismen, der Scheibe und der Außenhaut der Fahrzeugtür gezielt zur Gestaltung des Seitenaufprallträgers genutzt werden.

Die Reduzierung der Höhe des Querschnittsprofils von der Mittelquerebene ausgehend kann so erfolgen, dass die Höhe Null erst exakt an einer Trägerstirnseite oder an beiden Trägerstirnseiten erreicht wird. Hier befinden sich dann neben den Schenkeln ausreichend verbreiterte Flansche zur Festlegung des Seitenaufprallträgers am Fahrzeugrahmen. Bei dieser Bauweise wird eine optimale Steifigkeit bei kleinstniöglichen ebenen Festlegungsflächen an den Trägerenden erreicht. Denkbar ist aber auch eine Bauart, bei welcher die Höhe Null kurz vor den Trägerstirnseiten erreicht wird.

Um das Stabilitätsverhalten noch mehr zu optimieren, weist der Seitenaufprallträger bei dem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt seine größte Breite auf. Diese wird in der Regel durch eine entsprechende Bemessung des Stegs des Querschnittsprofils erreicht. Die Breite der Flansche bleibt meistens gleich.

Die maximale Breite liegt in der Mittelquerebene, welche etwa in der Türmitte zu liegen kommt, und wird dann in Richtung auf die Trägerenden kontinuierlich verringert. Die Länge dieses bauchartig erweiterten Trägerabschnitts in der Längsmitte des Seitenaufprallträgers beträgt maximal ein Drittel der gesamten Länge des Seitenaufprallträgers. Die Übergänge des bauchartig erweiterten Trägerabschnitts gehen tangential in die angrenzenden Trägerabschnitte über. Durch diese tangentialen Übergänge kann das Aufklaffen des Querschnittsprofils zu höheren Belastungen hin verschoben werden.

Um auch nach dem Aufklaffen, insbesondere von Einfachhutprofilen, ein Restwiderstandsmoment zu behalten, sind bei dem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt die Bereiche seiner Flansche zwischen ihren den Längskanten benachbarten Längenbereichen und den Schenkeln bogenförmig gekrümmt. Die Übergänge von den Schenkeln auf den Steg weisen einen Krümmungsradius auf, der etwa gleich der halben lichten Weite zwischen den Schenkeln bemessen ist. Die abgebogenen Längenbereiche der Flansche sowie die vergleichsweise großen Übergangsradien von den Schenkeln auf den Steg bestimmen dann nach dem Einknicken des Seitenaufprallträgers die Restprofilhöhe.

Da aus Steifigkeitsgründen die Außenhaut einer Fahrzeugtür in aller Regel in Fahrzeuglängsrichtung zur Umgebung hin gewölbt ist, sieht die Erfindung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 vor, dass der Verlauf der einer in Fahrzeuglängsrichtung gekrümmten Außenhaut benachbarten Oberflächen gleich der Krümmung des Querschnittsprofils ist. Bei diesen Oberflächen handelt es sich meistens um die Oberflächen der Flansche. Bei dieser idealen Ausführungsform ist beim Seitenaufprallträger weder auf der der Außenhaut zugewandten Seite noch auf der der Außenhaut abgewandten Seite ein gerader Profilabschnitt vorhanden.

Die Dicke des Stahlblechs, aus dem der Seitenaufprallträger hergestellt wird, kann über die gesamte Länge in allen Bereichen gleich sein. Vorteilhafter sind jedoch die Merkmale des Anspruchs 3, wonach die Dicke des Stahlblechs in einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt größer als die Dicke in den in Richtung auf die Trägerenden sich beiderseits anschließenden Trägerabschnitten ist. Auf diese Weise kann das Stabilitätsverhalten des Seitenaufprallträgers weiter optimiert werden.

In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 4 vor, dass die Dicke des Stahlblechs in einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt um ein Sechstel größer als die Dicke in den in Richtung auf die Trägerenden sich beiderseits anschließenden Trägerabschnitten ist.

Weisen die zur Herstellung des Seitenaufprallträgers zum Einsatz gelangenden Ausgangsplatinen beispielsweise eine Dicke von 1,8 mm auf, so kann diese Dicke in den sich an den Trägerabschnitt in der Längsmitte anschließenden Trägerabschnitten durch Abstrecken auf 1,5 mm reduziert sein. Der eine größere Blechdicke aufweisende mittige Trägerabschnitt hat dann eine Länge, die etwa einem Drittel bis der Hälfte der gesamten Länge des Seitenaufprallträgers entspricht.

Denkbar ist aber auch eine Ausführungsform, bei welcher die Dicke der Ausgangsplatinen kontinuierlich von der Mittelquerebene aus in Richtung auf die Trägerenden vermindert wird. Der Seitenaufprallträger kann hierbei in der Mittelquerebene eine Dicke von ca. 2 mm und an den Trägerenden eine Dicke von etwa 1 mm aufweisen.

Schließlich kann das Verformungsverhalten des Seitenaufprallträgers noch dann zusätzlich optimiert werden, wenn gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 ein Stahl mit folgender chemischer Analyse verwendet wird:

C:	0,19 – 0,25
Si:	0,15 – 0,50
Mn:	1,10 – 1,40
P: max.	0,025
S: max.	0,015

Cr: max.	0,35
Mo: max.	0,35
Ti:	0,020 – 0,050
B:	0,002 – 0,005
Al:	0,02 – 0,06

Durch gezieltes Abkühlen der Bauteilgeometrie in geschlossenen Werkzeugen stellt sich ein Vergütungsgefüge mit folgenden mechanischen Eigenschaften ein:
Streckgrenze 1100 N/mm*2
Zugfestigkeit 1450 N/mm*2
Dehnung 8%

Der vergütete Werkstoff zeichnet sich durch sehr hohe Festigkeiten und eine ausreichende Duktilität aus. Außerdem besitzt der Werkstoff eine gute Schweißbarkeit und Lackierbarkeit.

Für die beschriebenen Profilgeometrien bedeutet der Einsatz dieses Stahles, dass Profile im elastischen Bereich sehr hohe Spannungen aufnehmen können, bevor sie plastifizieren. Die Energieaufnahme ist somit um eine Vielfaches größer als bei Weichstahl.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 im Schema einen horizontalen Längsschnitt durch eine mit einem Seitenaufprallträger ausgerüstete Fahrzeugtür eines Personenkraftwagens;

2 in der Draufsicht den Seitenaufprallträger der 1;

3 in vergrößertem Maßstab einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie III-III und

4 in vergrößertem Maßstab einen vertikalen Querschnitt durch die Darstellung der 2 entlang der Linie IV-IV.

Mit 1 ist in der 1 im Schema eine Fahrzeugtür für einen Personenkraftwagen (PKW) bezeichnet. Die Außenhaut 2 der Fahrzeugtür 1 ist in Fahrzeuglängsrichtung 3 entsprechend der Krümmung 4 leicht zur Umgebung 5 hin gewölbt.

Im Abstand zur Außenhaut 2 ist in die Fahrzeugtür 1 eine heb- und senkbare Scheibe 6 eingegliedert. Der Hebemechanismus 7 der Scheibe 6 ist endseitig der Scheibe 6 schematisch veranschaulicht.

Desweiteren sind im Schema noch zwei Holme 8 des ansonsten nicht näher veranschaulichten Fahrzeugrahmens 9 dargestellt.

Aufgrund des durch die Außenhaut 2, die Holme 8, die Scheibe 6 und den Hebemechanismus 7 vorgegebenen Einbauraums 10 ist in diesen ein entsprechend gestalteter Seitenaufprallträger 11 eingegliedert.

Wie in diesem Zusammenhang bei gemeinsamer Betrachtung der 1 bis 3 zu erkennen ist, besitzt dieser Seitenaufprallträger 11 ein zur Außenhaut 2 des Pkw's hin offenes hutförmiges Querschnittsprofil 12 aus Stahlblech. Dieses Querschnittsprofil 12 umfaßt einen der Außenhaut 2 abgewandten Steg 13, zwei sich an den Steg 13 anschließende, zur Außenhaut 2 gerichtete Schenkel 14 und zwei mit den Schenkeln 14 verbundene, einander abgewandte Flansche 15.

Die der Festlegung des Seitenaufprallträgers 11 an den Holmen 8 dienenden Trägerenden 16 sind hinsichtlich der Flansche 15 verbreitert ausgebildet (2).

Wie die 1 ferner zu erkennen gibt, nimmt die Höhe H des Querschnittsprofils 12 ausgehend von der Mittelquerebene MQE in Richtung auf die Trägerenden 16 entsprechend einem parabelförmigen Kurvenverlauf stetig ab. Die Höhe H Null des Querschnittsprofils 12 kann, wie die 2 am rechten Trägerende 16 zeigt, in einem Abstand A von der Stirnseite 17 des Trägerendes 16 liegen oder sie kann – wie am linken Trägerende 16 gemäß der 2 zu erkennen ist – in der Stirnseite 17 liegen.

Aufgrund des parabelförmigen Kurvenverlaufs 18 (1) kann folglich der Einbauraum 10 zwischen der Außenhaut 2, den Holmen 8, der Scheibe 6 und dem Hebemechanismus 7 dahingehend optimal genutzt werden, daß der Widerstandsmomentenverlauf des Seitenaufprallträgers 11 vom Maximum in der Mittelquerebene MQ zu den Trägerenden 16 hin abnimmt.

Der 1 ist außerdem zu entnehmen, daß der Verlauf 20 der der gekrümmten Außenhaut 2 benachbarten Oberflächen 19 des Querschnittsprofils 12 dieser Krümmung 4 angepaßt ist. Das heißt, zwischen der Außenhaut 2 und den Oberflächen 19 ist über die gesamte Länge L des Seitenaufprallträgers 11 der gleiche Abstand A1 vorhanden. Bei den Oberflächen 19 handelt es sich um die der Flansche 15.

Der Seitenaufprallträger 11 kann über seine gesamte Länge L das in der 3 veranschaulichte Querschnittsprofil 12 aufweisen. Um jedoch ein Restwiderstandsmoment zu behalten, wenn nach einem Seitencrash das Querschnittsprofil 12 aufklafft, kann gemäß der Ausführungsform eines Querschnittsprofils 12a der 4 ein etwa ein Drittel der Länge L des Seitenaufprallträgers 11 entsprechender Trägerabschnitt bezüglich der den Längskanten 21 benachbarten Längenbereiche 22 der Flansche 15a in Richtung auf die Schenkel 14a abgebogen sein. Dieser Trägerabschnitt befindet sich dann in der Längsmitte des Seitenaufprallträgers 11. Dadurch verlaufen diese Längenbereiche 22 etwa parallel zu den Schenkeln 14a. Desweiteren zeigt die 4, daß die Übergänge 23 von den Schenkeln 14a auf den Steg 13a in diesem Bereich einen Krümmungsradius 24 aufweisen, der etwa gleich der halben lichten Weite W zwischen den Schenkeln 14a bemessen ist.

Darüberhinaus kann – wie die 2 zeigt – ein in der Längsmitte des Seitenaufprallträgers 11 liegender Trägerabschnitt 25 mit einer etwa ein Drittel oder auch kürzer bemessenen Länge der Länge L des Seitenaufprallträgers 11 bezüglich der Mittellängsebene MLE nach beiden Seiten in der Breite B bauchartig erweitert sein. Diese bauchartige Erweiterung des Trägerabschnitts 25 erfolgt bevorzugt mit einem Krümmungsradius 26, wobei dann die Übergänge 27 von dem Trägerabschnitt 25 auf die anschließenden Trägerabschnitte 28 tangential gestaltet sind.

Die Dicke des Stahlblechs beträgt bei dem Trägerabschnitt 25 in der Längsmitte (etwa die Hälfte bis ein Drittel der Länge des Seitenaufprallträgers 11) bevorzugt 1,8 mm. In den daran sich zu den Trägerenden 16 hin anschließenden Trägerabschnitten 28 beträgt die Blechdicke 1,5 mm.

Der in den 1 bis 4 veranschaulichte Seitenaufprallträger 11 besteht aus einem Stahl mit folgender chemischer Analyse:

C:	0,19 – 0,25
Si:	0,15 – 0,50
Mn:	1,10 – 1,40
P: max.	0,025
S: max.	0,015
Cr: max.	0,35
Mo: max.	0,35
Ti:	0,020 – 0,050
B:	0,002 – 0,005
AL:	0,02 – 0,06

1: Fahrzeugtür
2: Außenhaut
3: Fahrzeuglängsrichtung
4: Krümmung v. 2
5: Umgebung
6: Scheibe
7: Hebemechanismus v. 6
8: Holme v. 9
9: Fahrzeugrahmen
10: Einbauraum
11: Seitenaufprallträger
12: Querschnittsprofil
12a: Querschnittsprofil
13: Steg v. 12
13a: Steg v. 12a
14: Schenkel v. 12
14a: Schenkel v. 12a
15: Flansche v. 12
15a: Flansche v. 12a
16: Trägerenden
17: Stirnseiten v. 16
18: Kurvenverlauf
19: Oberflächen v. 12
20: Verlauf v. 19
21: Längskanten v. 15a
22: Längenbereiche v. 15a
23: Übergänge v. 14a auf 13a
24: Krümmungsradius v. 25
25: Trägerabschnitt
26: Krümmungsradius v. 25
27: Übergänge v. 25 auf 28
28: Trägerabschnitte
A: Abstand v. 17 zu 12
A1: Abstand v. 2 zu 19
B: Breite v. 25
H: Höhe v. 12
L: Länge v. 11
MLE: Mittellängsebene
MQE: Mittelquerebene
W: lichte Weite zw. 14a

Claims

Seitenaufprallträger für einen Personenkraftwagen, insbesondere für eine Fahrzeugtür, der ein zur Außenhaut (2) des Personenkraftwagens hin offenes hutförmiges Querschnittsprofil (12,12a) aus Stahlblech mit wenigstens einem der Außenhaut (2) abgewandten Steg (13,13a), zwei sich an den Steg (13,13a) anschließenden, zur Außenhaut (2) gerichteten Schenkeln (14,14a) und zwei mit den Schenkeln (14,14a) verbundenen, einander abgewandten Flanschen (15,15a) umfasst, und bei welchem von seiner Mittelquerebene (MQE) ausgehend die Höhe (H) des Querschnittsprofils (12,12a) in Richtung auf die der Festlegung am Fahrzeugrahmen (9) dienenden Trägerenden (16) entsprechend einem Kurvenverlauf (18) stets abnimmt, und dass bei einem in der Längsmitte des Seitenaufprallträgers (11) liegenden Trägerabschnitt (25) die den Längskanten (21) der Flansche (15a) benachbarten Längenbereiche (22) parallel zu den Schenkeln (14a) verlaufend umgeformt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerabschnitt (25), dessen Länge maximal ein Drittel der gesamten Länge (L) des Seitenaufprallträgers (11) beträgt; kurvenförmige Übergänge (26,27) zu den beiderseits angrenzenden Trägerabschnitten (28) aufweist und bezüglich des inneren Querschnittsprofils (12a) nach beiden Seiten in der Breite (B) gegenüber den Enden bauchartig erweitert ist, dass die Übergänge (23) von den Schenkeln (14a) auf den Steg (13a) einen Krümmungsradius (24) aufweisen, der gleich der halben lichten Weite (W) zwischen den Schenkeln (14a) bemessen ist, und dass die beiden benachbarten Längenbereiche der Flansche (15a) und der Schenkel (14a) durch einen einzigen Radius miteinander verbunden sind.
Seitenaufprallträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der einer in Fahrzeuglängsrichtung gekrümmten Außenhaut (2) benachbarten Oberflächen (19) gleich der Krümmung des Querschnittsprofils (12, 12a) ist.
Seitenaufprallträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Stahlblechs in einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt größer als die Dicke in den in Richtung auf die Trägerenden (16) sich beiderseits anschließenden Trägerabschnitten ist.
Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Stahlblechs in einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt um 1/6 größer als die Dicke in den in Richtung auf die Trägerenden (16) sich beiderseits anschließenden Trägerabschnitten ist.
Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus einem Stahl mit folgender chemischer Analyse: C: 0,19 – 0,25 Si: 0,15 – 0,50 Mn: 1,10 – 1,40 P: max. 0,025 S: max. 0,015 Cr: max. 0,35 Mo: max. 0,35 Ti: 0,020 – 0,050 B: 0,002 – 0,005 AI: 0,02 – 0,06