DE29620079U1

DE29620079U1 - Seitenaufprallträger für einen Personenkraftwagen

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Publication number: DE29620079U1
Application number: DE29620079U
Authority: DE
Original assignee: Benteler Deutschland GmbH
Current assignee: Benteler Deutschland GmbH
Priority date: 1996-11-19
Filing date: 1996-11-19
Publication date: 1997-01-09
Anticipated expiration: 2006-11-20

Description

PATENTANWÄLTE

328/37179-001

Ihr Zeichen

ROLF BOCKERMANN DIPL.-ING.

PETER KSOLL DR.-ING. DIPL-ING.

ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT EUROPEAN PATENT ATTORNEYS MANDATAIRES AGREES EUROPEEN

Bergstraße 159 44791 BOCHUM

Postfach 102450 44724 BOCHUM

19.11.1996 XR/Mo

Benteler AG, Residenzstraße 1, 33104 Paderborn Seitenaufprallträger für einen Personenkraftwagen

Die Erfindung betrifft einen Seitenaufprallträger für einen Personenkraftwagen, insbesondere für eine Fahrzeugtür.

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 Sei-

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tenaufprallträgers 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, indessenI knicken sie frühzeitig ein.

Bei einem ebenfalls zum Stand der Technik zählenden Seitenaufpjrallträger 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. Mit einer solchen Gestaltung kann den Einbaukriterien nur unzureichend Rechnung getragen,werden.

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 Hebemechanismen 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.

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Danach wird jetzt eine optimale Auslegung eines hutförmigen Querschnittsprofils aus Stahlblech hinsichtlich ausreichender Steifigkeit und Stabilität durch einen Widerstandsmomentenverlauf erreicht, der vom Maximum in der Mittelquerebene des Seitenaufpralltragers, welcher etwa in der Türmitte liegt, aufgrund eines gleichförmigen oder ungleichförmigen Kurvenverlaufs zu den der Festlegung am Fahrzeugrahmen dienenden Träger^nden hin stetig abnimmt. Die Profilhöhenreduzierung kann hierbei insbesondere parabelförmig oder durch ähnliche Kurvenverläufe erzielt werden. Eine derartige Reduzierung der Profilhöhe kommt in besonders vorteilhafter Weise den Einbausituationen in den Fahrzeugtüren entgegen. Diese Einbausituationen ergeben sich in der Hauptsache durch die Scheiben in den Fahrzeugtüren und durch die den Scheiben zugeordneten Hebemechanismen. Während in der Mittelquerebene der Scheiben der größte Abstand zur Außenhaut vorhanden ist, verringert sich dieser Abstand endseitig der Scheiben durch die Hebemechanismen. Durch die Erfindung kann somit der maximal zur Verfügung stehende Einbauräum zwischen den Hebemechanismen, der Scheibe und der Außenhaut der Fahrzeugtür gezielt zur Gestaltung des Seitenaufpralltragers genutzt werden.

Die Erfindung erweist sich gleichermaßen bei Seitenaufprallträgern als besonders vorteilhaft, die nur einen Steg und zwei Schenkel oder auch zwei Stege und insgesamt vier Schenkel sowie die entsprechende Anzahl an Flanschen aufweisen. Insbesondere bei der letzteren Bauart, den sogenannten Mehrfachhutprofilen, können hierbei die Höhen der Schenkel der nebeneinander verlaufenden Querschnittsprofile variieren und auch versetzt nebeneinander stehen, um den zur Verfügung stehenden Einbauraum optimal zu nutzen.

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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 kleinstmöglichejn ebenen Festlegungsflächen an den Trägerenden erreicht. Denkbar ist aber auch eine Bauart, bei welcher die Höhe Null kurz vor den Trägerstirnseiten erreicht wird.

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 des Querschnittsprofils dieser Krümmung angepaßt ist. Bei diesen Oberflächen handelt es sich meistens um die Oberflächen der Flansche. Bei dieser idealen Ausführungsform ist mithin weder auf der der Außenhaut zugewandten Seite noch auf der der Außenhaut abgewandten Seite ein gerader Profilabschnitt beim Seitenaufprallträger vorhanden.

Die Merkmale des Anspruchs 3 erweisen sich bevorzugt bei den sogenannten einfachen hutförmigen Querschnittsprofilen als vorteilhaft, um deren Stabilitätsverhalten zu optimieren. Der Seitenaufprallträger weist folglich 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 wiederum in der Mittelquerebene, welche etwa in der Türmitte zu liegen kommt, und wird dann in Richtung auf die Trägerenden kontinuier-

lieh verringert. Die Länge dieses bauchartig erweiterten Trägerabschnitts in der Längsmitte des Seitenaufprallträgers kann ein Drittel der gesamten Länge des Seitenaufprallträgers betragen oder auch etwas kürzer bemessen sein. Die Übergänge des bauchartig erweiterten Trägerabschnitts gehen tangential in die angrenzenden Trägerabschnitte über. Durch diese tangentialen Übergänge kann dann das Aufklaffen de^i I Querschnittsprofils zu höheren Belastungen hin verschoben werden.

Um auch nach dem Aufklaffen, insbesondere von Einfachhutprofilen, ein Restwiderstandsmoment zu behalten, sehen die Merkmale des Anspruchs 4 vor, daß bei einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt die den Längskanten der Flansche benachbarten Längenbereiche um etwa 90° in Richtung auf die Schenkel abgebogen und die Übergänge von den Schenkeln auf den Steg einen Krümmungsradius aufweisen, der etwa gleich der halben lichten Weite zwischen den Schenkeln bemessen ist. Die abgebogenen Längenbereiche der Flansche können sich parallel ~zu den Schenkeln erstrecken. Diese abgebogenen Längenbereiche der Flansche sowie die vergleichsweise großen Übergangsradien von den Schenkeln auf den Steg bestimmen dann nach dem Einknicken des Seitenaufprallträgers die Restprofilhöhe. Ein derart gestalteter mittiger Trägerabschnitt weist bevorzugt eine Länge auf, die etwa 1/3 der Länge der Seitenauf prallträger entspricht.

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 5, 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 bemessen ist. Auf diese Weise kann das Stabili-

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tätsverhalten des hutförmigen Querschnittsprofils noch weiter optimiert werden.

In diesem Zusammenhang sieht eine bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 6 vor, daß die Dicke des Stahlblechs in einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt um etwa ein Sechstel größer als die iDicke in den in Richtung auf die Trägerenden sich beidensieits anschließenden Trägerabschnitten bemessen ist,

Weisen beispielsweise die zur Herstellung des Seitenaufprallträgers zum Einsatz gelangenden Ausgangsplatinen 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 ram 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 7 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

	max.	0	- 7 -
S:	max.	0	,015
Cr:	max.	0	,35
Mo:	0,020 -	- 0	,35
Ti:	0,002 -	- 0	,050
B:	0,02 ,-	- 0	,005
AL:		Abkühlen	,06
eltes	der iau1

Sauteilgeometrie in geschlossenen Werkzeugen stellt sich ein Vergütungsgefüge mit folgenden mechanischen Eigenschaften ein:

j 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:

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

Figur 2 in der Draufsicht den Seitenaufprallträger der Figur 1;

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

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

Mit 1 ist in der Figur 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 Figuren 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 (Figur 2).

Wie die Figur 1 ferner zu erkennen gibt, nimmt die Höhe H des Querschnittsprofils 12 ausgehend von der Mittelquerebepe MQE in Richtung auf die Trägerenden 16 entsprechend einem parabelförraigen Kurvenverlauf stetig ab. Die Höhe H Null des Querschnittsprofils 12 kann, wie die Figur 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 Figur 2 zu erkennen ist - in der Stirnseite 17 liegen.

Aufgrund des parabelförmigen Kurvenverläufs 18 (Figur 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 Figur 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 Al 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 Figur 3 veranschaulichte Querschnittsprofil

10 -

12 aufweisen. Um jedoch ein Restwider&egr;tandsraoment zu behalten, wenn nach einem Seitencrash das Querschnittsprofil 12 aufklafft, kann gemäß der Aus führungs form eines Querschnittsprofils 12a der Figur 4 ein etwa ein Drittel der Länge L des Seitenaufprallträgers 11 entsprechender Trägerabschnitt bezüglich der den Längskanten 21 benachbarten Längenbereiche 22 der Flansche 15a um etwa 90° in Richtung auf die Schenkel 14a abgebogen sein. Dieser Trägerabschnitt befindet sich dann in der Längsraitte des Seitenaufprallträgers 11. Dadurch verlaufen diese Längenbereiche 22 etwa parallel zu den Schenkeln 14a. Desweiteren zeigt die Figur 4, daß die Übergänge 23 von den Schenke'ln 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 Figur 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 Seitenäüfprallträgers 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 Seitenauf prallträgers 11) bevorzugt 1,8 mm. In den daran sich zu den Trägerenden 16 hin anschließenden Trägerabschnitten 2 8 beträgt die Blechdicke 1,5 mm.

Der in den Figuren 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

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

BezugsZeichenaufstellung

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

- Io —

27 - Übergänge v. 25 auf

28 - Trägerabschnitte

A - Abstand v. 17 zu Al - Abstand v. 2 zu B - Breite v. 25 H - Höhe v. 12 L - Länge v. 11 MLE- Mittellängsebene MQE- Mittelquerebene W - lichte Weite zw. 14a

Claims

- 12 - S c hut &zgr; ans pr üc he

1. 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 (13t, 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, verbreiterte Flansche (15, 15a) aufweisenden Trägerenden (16) entsprechend einem gleichförmigen oder ungleichförmigen Kurvenverlauf (18) stetig abnimmt.

2. Seitenaufprallträger nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß der Verlauf der einer in Fahrzeuglängsrichtung gekrümmten Außenhaut (2) benachbarten Oberflächen (19) des Querschnittsprofils (12, 12a) dieser Krümmung (4) angepaßt ist.

3. Seitenaufprallträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Längsmitte liegender Trägerabschnitt (25) bei kurvenförmigen Übergängen (26, 27) zu den in Richtung auf die Trägerenden (16) beiderseits angrenzenden Trägerabschnitten (28) bezüglich der Mittellängsebene

— Lo —

(MLE) des Querschnittsprofils (12, 12a) nach beiden Seiten in der Breite (B) bauchartig erweitert ist.

4. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt die den Längskanten (21) benachbarten Längenbereiche (22) der Flansche (12a) um eitwa 90° in Richtung auf die Schenkel (14a) abgebogen und die Übergänge (23) von den Schenkeln (14a) auf den Steg (13a) einen Krümmungsradius (24) aufweisen, der etwa gleich der halben lichten Weite (W) zwischen den Schenkeln (14a) bem'essen ist. _;

5. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis

4, 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 bemessen ist.

6. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Stahlblechs in einem in der Längsmitte liegenden Trägerabschnitt um etwa 1/6 größer als die Dicke in den in Richtung auf die Trägerenden (16) sich beiderseits anschließenden Trägerabschnitten bemessen ist.

7. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis

6, bestehend aus einem Stahl mit folgender chemischer Analyse: