Tragstruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens

Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens nach dem Oberbegriff des Ansprucns 1.

Eine bekannte Tragstruktur einer Karosserie eines Personen¬ kraftwagens enthält im Vorderwagen vordere, beidseitig verlau¬ fende Längsträger mit darüber angeordneten Federbeinaufnah¬ men, die nach unten hin auf die Längsträger abgestützt sind.

Übliche selbsttragende Fahrzeugkarosserien für Personenkraft¬ wagen sind, einschließlich der Tragstruktur, aus Blechteilen hergestellt. Träger mit Hohlprofilen werden dabei jeweils aus wenigstens zwei tiefgezogenen und miteinander verschweißten Blechen hergestellt. Auch die Federbeinaufnahmen sind aus Blechteilen hergestellt, dergestalt, daß sie in die Glocken¬ struktur tiefgezogener Radhäuser eingebettet sind. Diese Rad¬ häuser bestehen aus offenen Blechschalen, die nach unten am Längsträger abgestützt und mit diesem verbunden sind. Der Kraftfluß wird dabei über die Flächenteile als Schubwände geleitet. Die Federbeinaufnahme ist ein stark belastetes und stark beanspruchtes Karosserieteil und die erforderliche Stei- figkeit der Tragstruktur in diesem Bereich, insbesondere für den Crashfall, ist bei üblichen Konstruktionen nur durch auf¬ wendige Verstärkungsmaßnahmen erreichbar.

Die zum Aufbau solcher selbsttragenden Karosserien verwende¬ ten Stahlbleche werden im Tiefziehverfahren verformt. Die

Preßwerkzeuge zum Verformen der Bleche sind verhältnismäßig teuer, lassen jedoch hohe Stückzahlen zu, so daß für eine Großserienfertigung damit eine kostengünstige Lösung zur Ver¬ fügung steht. Aufgrund der hohen Werkzeuginvestitionen gestal¬ tet sich das beschriebene Verfahren für Kleinserien jedoch sehr kostenintensiv.

Es ist daher insbesondere für Kleinserien bekannt (EP 0 146 716 Bl ) , Fahrzeugkarosserien für Personenkraftwagen mit einer Tragstruktur aus Hohlprofilen herzustellen, welche durch Kno¬ tenelemente miteinander verbunden sind. Die Hohlprofile sind dabei als Leichtmetall-Strangprofile und die Knotenelemente als Leichtmetall-Gußteile ausgebildet. Neben einer kostengün¬ stigeren Lösung für Kleinserien werden mit einer solchen Kon¬ struktion vorteilhaft auch geringere Karosseriegewichte und Verbesserungen beim Korrosionsschutz erreicht. Hier ist je¬ doch die Federbeinaufnahme und deren Abstützung auf den zuge¬ ordneten Längsträger aus Blechteilen aufgebaut, entsprechend dem konventionellen Aufbau der eingangs beschriebenen, selbst¬ tragenden Fahrzeugkarosserie, so daß die dort erläuterten Be¬ sonderheiten auch hier auftreten.

In einer weiter bekannten Fahrzeugkarosserie mit einer Trag- srru tur aus Hohlprofilen als Leichtmetall-Strangprofile und aus Knotenelementen als Leichtmetall-Gußteile (Aluminium Journal, Herausgeber: Aluminium-Zentrale e.V., Düsseldorf, erschienen in Zeitschrift ALUMINIUM 64 (1988), Heft 9) ist die Federbeinaufnahme über einen Strangprofilträger nach unten auf den zugeordneten Längsträger abgestützt. Zudem ist ein gerader Strangprofilträger als Federbeinträger zwischen der Federbeinaufnahme und etwa der Mitte bzw. in Höhe der Fen¬ sterbrüstung des vorderen Türpfostens (A-Pfosten) angeordnet. Durch die Anbindung der Federbeinaufnahme mit dem Federbein¬ träger am Türpfosten wird eine stabile Abstützung der Feder¬ beinaufnahme erreicht. Bei einem starken Frontaufprall des Fahrzeugs mit größeren Deformationen im Vorderwagen wird die Federbeinaufnahme in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten ver- Ξcr.cher.. Durch die direkte und gerade Verbindung der Feder-

beinaufnahme über den Federbeinträger mit der Mitte des A- Pfostens wird auf diese Anbindungsstelle eine erhebliche Kraft ausgewirkt. Dadurch wird der A-Pfosten in Fahrzeuglängs¬ richtung nach hinten gewölbt, so daß der Türausschnitt ver¬ kleinert wird und die Gefahr besteht, daß sich in ungünstiger und unzulässiger Weise die darin befestigte Fahrzeugtür ver¬ klemmt. Um dies zu verhindern, wäre entweder der Federbeinträ¬ ger nur sehr schwach zu dimensionieren, was die gewünschte Steifigkeit während des Normalbetriebs ungünstig beeinflußen würde oder der A-Pfosten unverhältnismäßig stark zu dimen¬ sionieren, was sich ungünstig auf die Kosten und das Gewicht auswirken würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Tragstruk¬ tur einer Karosserie eines Personenkraftwagens so weiterzubil¬ den, daß eine steife Abstützung der Federbeinaufnahme mit einem sicherheitstechnisch günstigen Kraftverlauf bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs mit kostengünstigen und ein¬ fachen Mitteln erreicht wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 wird vorgeschlagen, daß der Federbeinträger eine Biegung aufweist, das heißt, daß die Trägerverbindung zwischen Federbeinaufnahme und A-Pfosten Mitte nicht gerad¬ linig verläuft, sondern gebogen ist.

Damit wird erreicht, daß der Federbeinträger stabil mit rela¬ tiv großen Profilquerschnitten und Wandstärken dimensioniert werden kann, so daß für den normalen Betriebsfall die ange¬ strebte, hohe Steifigkeit der Tragstruktur in diesem Bereich erreicht wird. Bei einem Frontalaufprall ist dagegen die Krafteinleitung auf den A-Pfosten Mitte über die Biegung ge¬ führt, wodurch bei einer stärkeren Belastung eine fortge¬ setzte Biegung mit einer Verringerung des Biegeradius vorgege¬ ben ist und der Federbeinträger bei einer erheblichen Deforma¬ tion des Vorderwagens ausknickt. Die aufzuwendende Kraft zum Ausknicken des Federbeinträgers hängt unter anderem wesent-

lieh von der Größe der vorgegebenen Biegung ab, so daß darüber die Möglichkeit einer Dimensionierung gegeben ist.

Durch dieses vorprogrammierte Ausknicken des Federbeinträgers wird gegenüber einer geraden Ausführung des Federbeinträgers im Falle eines Frontalaufpralls wesentlich weniger Kraft auf den A-Pfosten übertragen, so daß sich dieser auch bei übli¬ cher Dimensionierung nicht so stark verformt, so daß die daran befestigte Fahrzeugtür im Türausschnitt nicht ver¬ lemmt .

Die Biegung wird nach Anspruch 2 vorteilhaft so gewählt, daß sie in einer Draufsicht von oben gesehen etwa zur Fahrzeug¬ mitte bzw. zur Mitte der Fahrgastzelle hin gerichtet ist. In einer selchen Anordnung steht üblicherweise Platz für den Fecerbeinträger und das Ausknicken im Falle eines Frontalauf- prails zur Verfügung. Ein günstiger Kraftverlauf wird bei dieser Anordnung der Biegung auch dadurch erreicht, daß der Pfcsten A an der Längsaußenseite des Fahrzeugs liegt, während die Federbeinaufnahme weiter vorne und mehr zur Fahrzeuglän s- .i re hin angeordnet ist. Durch die Biegung des Federbeinträ- ers nach Anspruch 2 ergibt sich somit für den Fall eines onraufpraiis eine winkelhebelartige Anordnung, die für einen AusknicKvorgang günstig ist. Dies gilt auch dann, wenn r.". BiPUunπ aufgrund baulicher Gegebenheiten nach außen hin gerichtet s<?m sollte.

In einer kostengünstigen Ausführung nach Anspruch 3 weist der Fe erbeinträger ein Kastenprofil auf mit einer unteren und oberen Wand etwa in einer Hcrizontalebene und mit etwa senk¬ recht stehenden Seitenwänden, die entsprechend der Biegung ge¬ formt sind.

Mit Anspruch 4 wird vorgeschlagen, die untere und/oder obere Wand dachförmig anzustellen oder in das Hohlprofil des Feder- beinrrägers einzuziehen. Mit diesen Maßnahmen wird das Aus- r.ic en des Federbeinträgers bei einem Frontalaufprall weiter begünstigt, für den normalen Betriebsfall aber ein stabiles Trägerprcfil geschaffen. Im Falle eines starken Aufpralls beim Aus nicxer. des Federbeinträσers klaDDt dann bei einem

relativ geringen Kraftaufwand das Hohlprofil in sich zusam¬ men, wobei die Dachkanten als Klappkanten wie Scharniere wir¬ ken.

Eine weitere, alternative oder zusätzliche Maßnahme, um den Ausknickvorgang des Federbeinträgers bei relativ geringem Kraftaufwand einleiten zu können, wird mit Anspruch 5 derge¬ stalt angegeben, daß am Federbeinträger senkrecht zur Biege- radiusebene verlaufende Sicken in die Profilwände eingebracht sind.

Die Lage dieser Sicken wird nach Anspruch 6 zweckmäßig etwa in der Mitte der Innenseite der Biegung und jeweils seitlich dazu versetzt an der Außenseite der Biegung vorgesehen.

Eine weitere, alternative oder zusätzliche Maßnahme für eine verbesserte Einleitung des Ausknickvorgangs für den Federbein¬ träger bei einem Frontaufprall wird mit Anspruch 7 vorgeschla¬ gen. Dabei sollen an den Federbeinträgerwänden an der Bie¬ gungsinnenseite und/oder Biegungsaußenseite Ausnehmungen ange¬ bracht sein, die bevorzugt nach Anspruch 8 als etwa in der Mitte der Biegung gegenüberliegende Langlöcher ausgeführt sind .

Besonders vorteilhaft paßt die erfindungsgemäße Federbeinträ¬ gerausbildung zu dem eingangs erwähnten Konzept einer Leicht¬ metallkarosserie aus Strangprofilen und Knotenelemen+-en.

Bei einem Strangprofil ist auch die Reduzierung der Material¬ stärke gegenüber den übrigen Wandbereichen an den Hohlprofil¬ kanten einfach realisierbar, wie dies mit Anspruch 10 bean¬ sprucht ist. Über diese reduzierten Materialstärken an den Hohlprofilkanten wird ebenfalls das Zusammenklappen des Hohl¬ profils im Bereich der Biegung bei relativ geringem Kraftauf¬ wand begünstigt. Damit steht auch hierüber eine weitere, alternative oder zusätzliche Maßnahme zur Verfügung, das Aus¬ knicken des Federbeinträgers bei einem Frontaufprall zu unter¬ stützen.

Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfin¬ dung mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Tragstruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens im Bereich einer Federbein¬ aufnahme,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Bereich der Federbeinaufnahme nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Hohlprofil einer ersten Ausführungsform eines Federbeinträgers,

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Hohlprofil einer zweiten Ausführungsform eines Federbeinträgers,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Federbeinträger in schemati- scher Darstellung mit senkrecht verlaufenden Sicken,

Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsfor eines Federbeinträgers mit Ausnehmungen in den Ξeiten- wänden und

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs einer Hohl¬ profilkante mit gegenüber der übrigen Wandstärke redu¬ zierter Materialstärke.

In den Fig. 1 und 2 ist in einer Seitenansicht bzw. Drauf- sicnt eine Tragstruktur 1 einer Karosserie eines Personen¬ kraftwagens im Bereich einer Federbeinaufnahme 2 dargestellt. Die Federbeinaufnahme 2 ist nach unten über eine Trägeranord- n πg 3 auf einen vorderen (nicht dargestellten) Längsträger abgestützt. Der vordere Türpfosten als A-Pfosten 4 ist in der Mitte geteilt und besteht im unteren Teil aus einem Strangpro- filreil 5, das mit einem Gußteil als Knotenelement A-Pfosten

Mitte 6 verbunden ist.

An dieses Knotenelement 6 ist ein nach vorne weisendes Strang¬ profil als Kotflügelbank 7, ein (nicht dargestelltes) Strang¬ profil als oberer Teil des A-Pfostens und ein quer verlaufen¬ des Strangprofil als Querträger 8 und unterer Fensterholm des Frontfensters angeschlossen.

Die Federbeinaufnahme 2 und das Knotenelement 6 sind zudem über einen als Strangprofil ausgeführten Federbeinträger 9 verbunden. Dieser Federbeinträger 9 verläuft nicht gerad¬ linig, sondern weist eine in der Draufsicht nach Fig. 2 ge¬ sehen zur Fahrzeugmitte hin gerichtete Biegung auf.

Bei einem Frontaufprall mit großer Deformation des Vorder¬ wagens wird die Federbeinaufnahme 2 etwa in Längsrichtung nach hinten, das heißt in Fig. 2, nach rechts bewegt. Die Bie¬ gung des Federbeinträgers 9 begünstigt dessen Ausknicken ent¬ sprechend der strichlierten Linie 10 bei einer starken Bela¬ stung, so daß keine allzu großen Kräfte auf das Knotenelement 6, die eine Türverspannung bewirken können, ausgeübt werden.

In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch das Hohlprofil einer ersten Ausführungsform eines Federbeinträgers 9 dargestellt. Die obere und untere Profilwand 11, 12 sind dabei dachförmig angestellt.

In einer zweiten Ausführungsform nach Fig. 4 sind die obere Profilwand 13 und die untere Profilwand 14 dagegen in das Hohlprofil entsprechend rinnenförmig eingezogen.

Es ist auch eine Kombination dieser beiden Ausführungen mög¬ lich, wobei eine Profilwand dachförmig ausgestellt ist und die andere entsprechend eingezogen ist, wie dies mit Bezugs¬ zeichen 15 in Fig. 3 angedeutet ist.

Die Ausführungen nach Fig. 3 und Fig. 4 haben jeweils die Funktion, daß bei einem Ausknicken des Federbeinträgers 9 das

Hohlprofil um die Kanten 16 bzw. 17 in sich zusammenklappt. Damit setzt die Hohlprofilstruktur dem Ausknickvorgang nur eine verminderte Kraft entgegen, so daß bei einem Frontauf- prall der Federbeinträger schon bei relativ geringer Kraft¬ einwirkung ausknickt und damit auf das Knotenelement 6 nur eine geringe Kraft einwirkt. Während des normalen Betriebs- fails ist eine solche Hohlprofilstruktur jedoch ausreichend stabil, um die für die Abstützung der Federbeinaufnahme erfor¬ derliche Steifigkeit zu erhalten.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführung eines Federbeinträgers in einer Draufsicht entsprechend der Fig. 2 dargestellt. In der Mitte der Biegungsinnenseite ist hier eine etwa senkrecht verlaufende Sicke 18 angebracht und seitlich versetzt dazu sind an der Biegungsaußenseite entsprechende Sicken 19 und 20 eingeformt. Auch diese Sicken 18 bis 20 verringern den Kraft¬ aufwand für den Ausknickprozeß des Federbeinträgers 9.

Gemäß dem Querschnitt nach Fig. 6 hat der Federbeinträger 9 nach Fig. 5 ein etwa rechtwinkeliges Profil, wobei an den Sei¬ tenwänden gegenüberliegende Ausnehmungen 21, 22 in der Form von Langlöchern enthalten sind, wie diese auch in Fig. 5 strichliert eingezeichnet sind. Auch diese, an den Seitenwän- der. gegenüberliegenden Ausnehmungen 21, 22 unterstützen den Ausknickvorgang. Die obere und untere Profilwand sind dagegen ohne Ausnehmungen als stabiler Obergurt und Untergurt für eine gute Tragfunktion ausgebildet.

In Fig. 7 ist ein Eckbereich des Profils nach Fig. 6 vergrö¬ ßert dargestellt. Daraus ist zu erkennen, daß der Innenradius 23 verhältnismäßig klein gegenüber dem Außenradius 24 ausge¬ führt ist, so daß sich dadurch eine verringerte Mater/ ^' lstär- ,<e an der Kante gegenüber der übrigen Wandstärke ergibt. Auch diese Verringerung trägt dazu bei, daß die Hohlprofilstruktur beim Ausknicken des Federbeinträgers 9 mit relativ geringem Kraftaufwand in sich zusammendrückbar ist und damit dem Aus- nickvorgang nur einen relativ geringen Widerstand entgegen- rmrr. Eine solche Materialverdünnunα an den Profilkanten

wäre als zusätzliche, unterstützende Maßnahme auch an den Kanten 16 und 17 der Ausführungen nach Fig. 3 und Fig. 4 mög¬ lich.