DE4340033C2

DE4340033C2 - Seitenaufprallträger

Info

Publication number: DE4340033C2
Application number: DE19934340033
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Dr Toepker; Werner Boehmer
Original assignee: Benteler Deutschland GmbH
Current assignee: Benteler Deutschland GmbH
Priority date: 1993-11-24
Filing date: 1993-11-24
Publication date: 1997-01-23
Anticipated expiration: 2013-11-25
Also published as: DE4340033A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Seitenaufprallträger für ein Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentan spruchs 1.

Ein solcher Seitenaufprallträger zählt durch die EP 0 266 084 A2 zum Stand der Technik. Er setzt sich aus zwei übereinanderliegenden, einstückig miteinander ver bundenen Hutprofilen sowie einem U-förmigen Schließblech zusammen, das mit den Flanschen der Hutprofile durch Schweißung verbunden ist. Die oberen und unteren Randab schnitte des mit seiner den Hutprofilen abgewandten Bo denfläche der Biegekraft frontal zugewandten Schließ blechs sind in Richtung auf die Hutprofile rechtwinklig abgekantet und erstrecken sich parallel zu den Schenkeln der Hutprofile. Die Übergänge von den Schenkeln der Hut profile auf deren Stege und deren Flansche sind scharf kantig ausgebildet. Die äußeren Längskanten dieser Über gänge sind mit Fasen versehen.

Ein Nachteil der bekannten Bauart besteht darin, daß sich die Hutprofile über ihre gesamte Länge parallel zum Schließblech erstrecken und über parallel zum Schließ blech verlaufende Längenabschnitte mit diesem verschweißt sind. Das Verschweigen der Hutprofile mit dem Schließ blech ist nicht nur mit einem hohen zeitlichen und vor richtungstechnischen Aufwand verbunden, sondern führt zwangsläufig auch zu Gefügeveränderungen. Gefügeverände rungen machen sich jedoch bei höherfestem Material auf grund seiner Legierungselemente besonders negativ bemerk bar.

Die GB-PS 751 538 offenbart einen Konstruktionsteil für Fahrzeuge, bei welchem ein hutförmiger Träger mit einem Steg, zwei rechtwinklig daran angesetzten Schenkeln und zwei wiederum rechtwinklig an die Schenkel in einer par allelen Ebene zu dem Steg angesetzten Flanschen in ein weiteres hutförmiges Profil eingeschoben ist. Hierbei fassen die Flansche des inneren Hutprofils in die doppel lagigen Flansche des äußeren Profils.

Aus den Patent Abstracts of Japan 5-65076(A) geht ein ka stenförmiges Trägerprofil hervor, das durch kreuzförmige Rippen im Inneren über die gesamte Länge ausgesteift ist. Die Stirnseiten der Rippen sind konkav ausgebildet.

Aus der DE 41 19 639 A1 geht eine Vorrichtung zur Abstüt zung der über einen Stoßfänger eingeleiteten Kräfte her vor, die zwei im Abstand übereinander liegende rohrför mige Querträgerabschnitte, ein diese beiden Querträgerab schnitte über ihre gesamte Länge über etwa die halbe Um fangslänge umfassendes Abstützprofil und einen im mitt leren Längenbereich des Abstützprofils auf der anderen Seite der Querträgerabschnitte angeordneten Adapterteil aufweist, der die Querträgerabschnitte ebenfalls form schlüssig über etwa die halbe Umfangslänge umfaßt und durch Buckelschweißen mit dem Abstützprofil verbunden ist.

Die DE 38 26 958 A1 zeigt ein Hutprofil mit einem ebenen Schließprofil, das mit den Flanschen des Hutprofils durch Punktschweißung verbunden ist. Zur Versteifung des Längs trägers ist in das Hutprofil ein U-Profil eingesetzt und über seine Flansche mit den benachbarten Querwänden des Hutprofils ebenfalls durch Punktschweißung verbunden.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen Seitenaufprallträger dahingehend zu verbessern, daß der Herstellungsaufwand verringert werden kann und keine Beeinträchtigung seiner Festigkeit durch Gefügeveränderungen befürchtet werden muß.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen.

Danach wird jetzt gezielt nur im maximal beanspruchten Biegebereich der Hutprofile ein einfaches Schließblech angeordnet und dessen Randbereiche werden um die Längs kanten der senkrecht zur eingeleiteten Biegekraft (Hauptrichtung des potentiellen Seitencrashs) angeordne ten Flansche geklammert. Auf diese Weise wird ein vorzei tiges Aufbiegen der parallel zur Biegekraft verlaufenden Schenkel der Hutprofile verhindert und ein unerwünschtes Einknicken des Seitenaufprallträgers vermieden. Hierdurch kann ein plötzlicher Abfall im Kraft-Weg-Verhalten des Seitenaufprallträgers ausgeschlossen werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nunmehr ein Stahlblech mit einer geringen Wanddicke als Ausgangsmate rial zur Herstellung der Hutprofile eingesetzt werden kann. Dies ermöglicht eine Leichtbauweise des Seitenauf prallträgers ohne eine Einbuße im Kraft-Weg-Verhalten im Vergleich z. B. zu Seitenaufprallträgern aus Vollquer schnitten.

Darüberhinaus besteht ein Vorteil der Einklemmung der Längskanten der oberen und unteren Flansche durch die U- förmig umgebogenen Randabschnitte des Schließblechs darin, daß keine Schweißoperationen zur Verbindung der Hutprofile mit dem Schließblech erforderlich sind. Folg lich kann auch keine Beeinträchtigung der Festigkeit der Hutprofile durch Schweißerwärmung eintreten.

Ferner ergibt sich eine wesentlich verbesserte Absorp tionswirkung der Aufprallenergie dadurch, daß die Stege der Hutprofile der quer zur Fahrtrichtung wirksamen Bie gekraft frontal zugewandt sind.

Die Höhe der Schenkel sowie die Breite der Stege der Hut profile kann je nach Einbauraum in der Seitenwand oder in einer Tür eines Kraftfahrzeugs sowie je nach geforderter Charakteristik der potentiellen Biegeenergie des jeweili gen Seitenaufprallträgers in weiten Grenzen variiert wer den.

Die Länge des Schließblechs wird so gewählt, wie es für die vorgesehene Biegebelastung in Abhängigkeit von der Einspann-/Einbaulänge des Seitenaufprallträgers gemäß den Vorgaben für den Kraft-Weg-Verlauf notwendig ist.

Um unter bestimmten Belastungssituationen ein vorzeitiges Abknicken des Seitenaufprallträgers am Übergang von dem Schließblech auf die hutförmigen Profile zu verhindern, sind die Endabschnitte des Schließblechs mit gerundeten stirnseitigen Aussparungen versehen. Die Aussparungen dienen hierbei der Abschwächung des Steifigkeitssprungs zwischen den Bereichen des Seitenaufprallträgers mit und ohne Schließblech. Die Aussparungen können verschiedenar tige Kurvenformen aufweisen. Bedingung ist jedoch eine symmetrische Gestaltung bezüglich einer die Aussparungen schneidenden horizontalen Mittellängsebene. Welche Kur venform jeweils gewählt wird, richtet sich nach der Ge staltung des Seitenaufprallträgers, nach seiner Einspann bzw. Einbaulänge im Kraftfahrzeug sowie nach der Frage, wie weich der Übergang gewählt werden muß. Hierbei kann sowohl die Tiefe der Aussparungen und/oder die Lage der Mündungen der die Aussparungen begrenzenden Wände in die Stirnseiten des Schließblechs weitgehend variiert werden. Diese Maßnahmen erlauben ebenfalls eine gezielte Bestim mung der Abschwächung eines abrupten Steifigkeitssprungs.

Eine vorteilhafte Ausführungsform wird in den Merkmalen des Anspruchs 2 gesehen. Danach weisen die Aussparungen eine kreisabschnittsförmige Kontur auf. Diese Kontur kann sich nur auf die inneren Abschnitte der Aussparungen be schränken oder insgesamt die Aussparungen bilden. Es kön nen sich aber auch bei einer nur inneren kreisabschnitts förmigen Ausgestaltung an diese Kontur dann geradlinige oder ebenfalls kurvenförmige Schenkel anschließen.

Dieselben Variationsmöglichkeiten gelten ferner für eine weitere Ausführungsform, bei welcher gemäß Anspruch 3 die Aussparungen eine ovale Kontur aufweisen.

Die wirksame Aufprallfläche des Seitenaufprallträgers so wie die potentielle Biegeenergie können mit den Merkmalen des Anspruchs 4 noch weiter gesteigert werden. Ein sol ches Rohr oder U-Profil erstreckt sich über den maximal biegebeanspruchten Bereich der Hutprofile. Die Festlegung des Rohrs oder des U-Profils erfolgt bevorzugt ohne Auf bringen von Wärme, insbesondere durch Einklemmen. Dazu kann das Rohr oder U-Profil in einem bestimmten Umfang vorgebogen sein, so daß es unter Spannung in den Kanal eingesetzt werden muß und sich dann automatisch ein klemmt. Ein Rohr oder U-Profil kann aus einfachem Stahl, wie z. B. St 37, hergestellt sein.

Werden U-Profile zur Verstärkung des Seitenaufprallträ gers eingesetzt, können bevorzugt die Merkmale des An spruchs 5 zur Anwendung gelangen.

Auch die Merkmale des Anspruchs 6 und/oder des Anspruchs 7 dienen mit dazu, die Herstellung des erfindungsgemäßen Seitenaufprallträgers zu vereinfachen und die auftreten den Belastungen besser abzufangen, ohne daß schädliche Verformungen auftreten. Scharfkantige Übergänge mit den hiermit verbundenen Nachteilen sind nicht vorhanden.

Um im Rahmen der Erfindung das sogenannte Tapercut-Ver fahren anwenden zu können, d. h. ein Verfahren zum ver lustlosen Aufteilen von längeren Profilen in kürzere Ab schnitte, insbesondere mittels Einsatz von Laserstrahlen, werden gemäß Anspruch 8 die Endabschnitte des Rohrs oder des U-Profils in der Draufsicht gesehen S-förmig ausge bildet. Dabei schließt sich an einen der Biegekraft zuge wandten konkaven Bereich ein konvexer Bereich an. Auf diese Weise wird nicht nur zusätzliches Gewicht in einer Größenordnung von etwa 10% bis 15% eingespart, sondern es wird auch ein an das real notwendige Widerstandsmoment angepaßter gleichmäßig stufenloser Übergang geschaffen. Bevorzugt verläuft der Übergang von dem konkaven Bereich auf den konvexen Bereich etwa in Höhe der Mittel längsachse des Rohrs oder des U-Profils.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Grundgedankens weisen die Hutprofile die Zusammensetzung gemäß Anspruch 9 auf. Hierbei handelt es sich um einen luftvergütbaren Stahl. Ein solcher Stahl hat den Vorteil, daß ein daraus hergestelltes Stahlblech zur Fertigung der Hutprofile zwar auf die notwendige Warmformtemperatur gebracht und im geschlossenen Gesenk auch warmumgeformt wird. An schließend wird der verformte Teil jedoch sofort aus dem Gesenk genommen, da die notwendigen Zunahmen der mechani schen Eigenschaften, wie Streckgrenze, Zugfestigkeit und Dehnung bei normaler Luftabkühlung erfolgt. Ein zusätzli ches Kühlmittel, verbunden mit einem entsprechenden Kühl verfahren, wird nicht angewendet.

Es sind folglich keine Wasserabschreckvorgänge mehr not wendig. Dadurch können sich die Hutprofile auch nicht durch auftretende innere Spannungen verdrehen. Aufgrund dessen können ebene Flächen an den Enden eines Seitenauf prallträgers bei der Herstellung so eng toleriert werden, daß auch Fahrzeugtüren mit vergleichsweise knappen Tole ranzen keine Problemzonen mehr bilden. Hiermit ist ein gravierender Vorteil gegenüber denjenigen Stahlsorten vorhanden, die mittels Wasser vergütet werden müssen, um die gewünschte Ebenheit der Enden eines Seitenaufprall trägers durch eine verlängerte Halte zeit der zwangsabzu schreckenden Hutprofile zu erreichen.

Schließlich besteht ein weiterer Vorteil noch darin, daß die Standzeiten des Umformgesenks wesentlich länger sind als die eines Gesenks mit zusätzlicher Wasservergütung im Gesenk.

Zwei bevorzugte Analysen einer Stahllegierung für die Hutprofile eines Seitenaufprallträgers sind in den Merk malen der Ansprüche 10 und 11 gekennzeichnet.

Nach Anspruch 12 kann das Schließblech aus einfachem Stahl gefertigt werden, und zwar z. B. aus St 37. Dadurch können relativ kleine Biegeradien der Randabschnitte des Schließblechs erzeugt werden, um die oberen und unteren Längskanten der Flansche entsprechend eng zu umklammern.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnun gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf den mittleren Längenbe reich eines Seitenaufprallträgers für einen Personenkraftwagen;

Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch die Dar stellung der Fig. 1 entlang der Linie II-II;

Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt durch die Dar stellung der Fig. 1 entlang der Linie II-II gemäß einer weiteren Variante;

Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt durch die Dar stellung der Fig. 1 entlang der Linie II-II gemäß einer dritten Variante und

Fig. 5 eine Ansicht auf den Seitenaufprallträger der Fig. 1 gemäß dem Pfeil V.

In den Fig. 1, 2 und 5 ist mit 1 ein sich in Fahrtrichtung FR erstreckender Seitenaufprallträger für die Seitentüren eines Personenkraftwagens bezeichnet.

Der Seitenaufprallträger 1 umfaßt zwei einstückig ver einigte hutförmige Profile 2, welche sich über die ge samte Länge des Seitenaufprallträgers 1 zwischen den nicht näher dargestellten, der Befestigung in einer Sei tentür dienenden Enden erstrecken. Die Hutprofile 2 be sitzen sich in der Einbaulage in einer vertikalen Ebene erstreckende Stege 3, jeweils zwei sich über gerundete Übergänge 4 an die Stege 3 in horizontalen Ebenen an schließende Schenkel 5 sowie zwei ebenfalls über gerun dete Übergänge 6 an die Schenkel 5 sich anschließende Flansche 7. Die Flansche 7 verlaufen in einer gemeinsamen vertikalen Ebene, die sich parallel zu der Ebene er streckt, in welcher die Stege 3 der Hutprofile 2 angeord net sind.

Die Hutprofile 2 bestehen aus einem luftvergütbaren Stahl. Sie sind einteilig aus einem Stahlblech gebogen.

In dem der Biegekraft F (Hauptrichtung eines potentiellen Seitencrashs) am stärksten ausgesetzten mittleren Längen bereich des Seitenaufprallträgers 1 erstreckt sich paral lel zu den Flanschen 7 der Hutprofile 2 ein ebenes Schließblech 8 aus St 37. Die Randabschnitte 9 des Schließblechs 8 sind U-förmig umgebogen und umklammern die oberen und unteren Längskanten 10 der Flansche 7. Auf diese Weise sind die Hutprofile 2 und das Schließblech 8 fest miteinander verbunden.

Die Fig. 5 zeigt die spezielle Ausgestaltung eines Endabschnitts 16 des Schließblechs 8. Es ist zu erkennen, daß jeder Endabschnitt 16 des Schließblechs 8 im Höhenbe reich der Hutprofile 2 mit einer zu seiner Stirnseite 17 hin offenen Aussparung 18 versehen ist. Die Kontur der Aussparung 18 ist oval. Sie kann jedoch auch eine andere Kurvenform aufweisen. Die die Aussparung 18 begrenzende Wand 19 mündet im Höhenbereich der Flansche 7 der Hutpro file 2. Es ist vorstellbar, daß die Tiefe T der Ausspa rung 18 und/oder der Abstand der Mündungskanten 20 der Wand 19 von den Ober- und Unterseiten 21 der Randab schnitte 9 variieren.

Im Falle des Seitenaufprallträgers 1a gemäß Fig. 3 ist ein im Querschnitt kreisrundes Rohr 11 in dem zur Biege kraft F hin offenen Kanal 12 zwischen den übereinander angeordneten Hutprofilen 2 eingeklemmt.

Bei dem Seitenaufprallträger 1b der Fig. 4 ist in den zur Biegekraft F hin offenen Kanal 12 zwischen den beiden Hutprofilen 2 ein U-Profil 13 eingeklemmt. Bei diesem U- Profil 13 erstreckt sich der Steg 14 in der Ebene der Stege 3 der beiden Hutprofile 2. Die Schenkel 15 sind zum Schließblech 8 hin gewendet. Die Übergänge 22 von den Schenkeln 15 auf den Steg 14 sind gerundet.

Claims

1. Seitenaufprallträger für ein Kraftfahrzeug, insbeson dere für einen Personenkraftwagen, der übereinander angeordnete und über die einander zugewandten Flan sche (7) miteinander verbundene, im Querschnitt hut förmige Profile (2) aufweist, die jeweils zwei durch einen vertikalen Steg (3) miteinander verbundene ho rizontale Schenkel (5) besitzen, an die sich nach oben und unten gerichtete Flansche (7) anschließen, welche mit einem parallel zu ihnen verlaufenden ebe nen Schließblech (8) verbunden sind, das mit seinen Randabschnitten (9) die oberen und unteren Längskan ten (10) der Flansche (7) umgreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (3) der Hutprofile (2) der quer zur Fahrtrichtung (FR) wirk samen Biegekraft (F) frontal zugewandt und die Längs kanten (10) der Flansche (7) von den U-förmig umgebo genen Randabschnitten (9) des im mittleren biegebean spruchten Bereich der Hutprofile (2) angeordneten Schließblechs (8) eingeklemmt sind, wobei die Endab schnitte (16) des Schließblechs (8) im Höhenbereich der Hutprofile (2) mit zu seinen Stirnseiten (17) hin offenen gerundeten Aussparungen (18) versehen sind und die die Aussparungen (18) begrenzenden Wände (19) im Höhenbereich der oberen und unteren Flansche (7) der Hutprofile (2) münden.

2. Seitenaufprallträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (18) mindestens bereichsweise eine kreisabschnitts förmige Kontur aufweisen.

3. Seitenaufprallträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (18) mindestens bereichsweise eine ovale Kontur auf weisen.

4. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den durch die einander benachbarten Schenkel (5) der Hutprofile (2) sowie durch die miteinander verbun denen Flansche (7) dieser Hutprofile (2) gebildeten, zur Biegekraft (F) hin offenen Kanal (12) ein im Querschnitt rundes Rohr (11) oder ein U-Profil (13) eingebettet ist, das sich über den biegebeanspruchten Bereich der Hutprofile (2) erstreckt.

5. Seitenaufprallträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in den Ka nal (12) zwischen den Hutprofilen (2) eingesetzten U- Profil (13) sein Steg (14) in der Ebene der Stege (3) der Hutprofile (2) verläuft.

6. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Übergänge (6) von den Schenkeln (5) der Hutprofile (2) auf deren Flansche (7) als auch die Übergänge (4) von den Schenkeln (5) auf die Stege (3) gerundet sind.

7. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge (22) von den Schenkeln (15) des U-Pro fils (13) auf den Steg (14) gerundet sind.

8. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Rohrs (11) oder des U-Profils (13) in der zur Richtung der Biegekraft (F) senkrechten ver tikalen Ebene S-förmig ausgebildet sind, wobei sich an einen der Biegekraft (F) zugewandten konkaven Be reich ein konvexer Bereich anschließt und der Über gang von dem konkaven Bereich auf den konvexen Be reich etwa in Höhe der Mittellängsachse des Rohrs (11) oder des U-Profils (13) verläuft.

9. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit Hutprofilen (2) aus einer Stahllegierung, welche in Gewichtsprozenten ausgedrückt
0,15-0,25 Kohlenstoff (C),
0,50-0,60 Silizium (Si),
1,00-4,00 Mangan (Mn),
0,50-0,80 Chrom (Cr),
0,30-0,50 Molybdän (Mo),
0,20-0,80 Nickel (Ni),
0,03-0,05 Aluminium (Al),
0,02-0,04 Niob (Nb),
0,01-0,06 Titan (Ti),
0,001-0,004 Bor (B),
0,001-0,004 Stickstoff (N),
bis zu 0,02 Phosphor (P) und
bis zu 0,015 Schwefel (S) aufweist.

10. Seitenaufprallträger nach Anspruch 9 mit Hutprofilen (2) aus einer Stahllegierung, welche in Gewichtspro zenten ausgedrückt 0,23 C, 0,55 Si, 1,2 Mn, 0,6 Cr, 0,4 Mo, 0,65 Ni, 0,03-0,05 Al, 0,02-0,04 Nb, 0,03 Ti, 0,002 B, 0,0015 N, bis zu 0,02 P und bis zu 0,015 S aufweist.

11. Seitenaufprallträger nach Anspruch 9 mit Hutprofilen (2) aus einer Stahllegierung, welche in Gewichtspro zenten ausgedrückt 0,2 C, 0,55 Si, 2,0 Mn, 0,6 Cr, 0,4 Mo, 0,45 Ni, 0,03-0,05 Al, 0,02-0,04 Nb, 0,03 Ti, 0,002 B, 0,0015 N, bis zu 0,02 P und bis zu 0,015 S aufweist.

12. Seitenaufprallträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließblech (8) aus Stahl, z. B. St 37 oder einer ähnlichen Qualität besteht.