Die vorliegende Erfindung betrifft eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einem Deformationselement und einem Längsträger aus einem

Faserkun ststoffverb undwe rkstoff.

Üblicherweise besteht ein herkömmliches Kraftfahrzeug aus einem Vorderwagen, einem Hinterwagen und einer dazwischen angeordneten Fahrgastzelle. Eine Konstruktion des Vorderwagens berücksichtigt dabei insbesondere eine

Frontalkollision des Kraftfahrzeugs mit einem Kollisionshindernis. Eine

kollisionsrelevante Struktur des Kraftfahrzeugs, die eine Kollisionsenergie zum Schutz von Fahrzeuginsassen hinreichend abbauen kann, wird auch Crashstruktur genannt. Die kollisionsrelevante Struktur des Vorderwagens ist häufig unter anderem durch zwei vordere Längsträger, die bei Kraftfahrzeugen mit Frontmotor auch als Motorträger bezeichnet werden, an vorderen Enden der Längsträger angeordnete Deformationselemente, die auch als„Crashboxen" bezeichnet werden, und einem Stoßfänger mit einem Stoßfängerquerträger bestimmt. Dabei sind die Deformationselemente in der Regel für einen Kollisionsvorgang mit niedriger Geschwindigkeit ausgelegt, die die weitere Struktur des Vorderwagens,

insbesondere die vorderen Längsträger gegen eine Beschädigung schützen sollen. Somit werden bei einer Kollision mit niedriger Geschwindigkeit üblicherweise nur der Stoßfänger mit dem Stoßfängerquerträger sowie die Deformationselemente energieverzehrend beschädigt und können zur Reparatur wieder leicht

ausgetauscht werden. Bei einer Kollision mit hoher Geschwindigkeit muss auch die restliche Struktur des Vorderwagens, insbesondere die vorderen Längsträger, Kollisionsenergie abbauen. Üblicherweise sind die vorderen Längsträger in

Schalenbauweise aus Stahl ausgebildet. Die Crashboxen sind häufig aus Aluminium ausgebildet. Das Versagen der vorderen Längsträger aus Stahl ist dabei durch plastische Verformung geprägt, wobei im Verlaufe der Verformung, d.h. mit zunehmender Verformung ein Kraftniveau sinkt. Das Kraftniveau, bei dem die Crashboxen versagen, wird dabei üblicherweise mindestens 20% niedriger als das das Kraftniveau gewählt, bei dem das plastische Versagen des vorderen Längsträgers aus Stahl einsetzt. Hierdurch ist das Kraftniveau, bei dem die

Crashboxen versagen, verhältnismäßig niedrig, so dass ein verhältnismäßig langer Deformationsweg der Crashboxen erforderlich ist, um die Kollisionsenergie bei einer Kollision mit niedriger Geschwindigkeit hinreichend abzubauen.

Es ist bekannt Karosseriestrukturträger für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs derart auszulegen, dass er in einem Kollisionsfall des Kraftfahrzeugs

Kollisionsenergie absorbierend versagt. Karosseriestrukturträger aus metallischen Werkstoffen sind dabei derart ausgelegt, dass sie sich bei Überschreiten eines vorgegebenen Kraftniveaus über eine dafür vorgesehene Strecke geeignet verformen. Bei Karosseriestrukturträgern aus faserverstärktem Kunststoff spielt jedoch ein Abbau von Kollisionsenergie durch Verformung keine Rolle. Ein hinreichender Abbau von Kollisionsenergie bei einem Karosseriestrukturträger aus einem faserverstärkten Kunststoff ist ein sprödes Versagen. Ein derartiges

Versagen wird beispielsweise„Crushing" genannt. Beim Versagensmechanismus „Crushing" erfolgt eine mehr oder weniger vollständige Desintegration

(Pulverisierung bzw. Fragmentierung oder auch Zersplitterung genannt) des

Karosseriestrukturträgers vorrangig im Sprödbruch. Eine weitere Form des „Crushings" ist eine definierte Umlenkung des Materials um 180° direkt an einer Aufprallfläche, wobei diese Umlenkung auch Aufschälen oder Schälen genannt wird. Beim Crushing kommt zum Abbau der kinetischen Kollisionsenergie ein

Faserbruchmechanismus in Verbindung mit Reibung zur Wirkung. Die beiden genannten Versagensmechanismen funktionieren effektiv bei einem frontalen Aufprall, bei welchem die Kraft auf den Karosseriestrukturträger senkrecht zu einem Trägerquerschnitt steht. Zwischen den vorstehend genannten Versagensarten des „Crushing" gibt es alle möglichen Zwischenformen eines Versagens, die sich grundsätzlich durch einen mehr oder weniger kleinteiligen Faserbruch

unterscheiden. Je kleinteiliger das Versagen, umso höher ist die

Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit beim Versagen bzw. desto höher ist die Last/Kraft, bei der das Versagen erfolgt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einem Deformationselement und einem Längsträger zu schaffen, deren Crashstruktur einen kurzen Deformationsweg bei hinreichendem Abbau von

Kollisionsenergie aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Karosserie gelöst, die die Merkmale von

Patentanspruch 1 aufweist. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.

Eine erfindungsgemäße Karosserie eines Kraftfahrzeugs hat einen Längsträger, der aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist, und ein

Deformationselement. Ein derartiges Deformationselement wird auch Crashbox oder Stoßenergieabsorptionseiement genannt. Das Deformationselement ist derart ausgebildet, dass es durch Versagen Kollisionsenergie in einem niedrigen

Relativgeschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs absorbieren kann. Mit

Relativgeschwindigkeit ist dabei eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gegenüber einem Kollisionsgegner gemeint. Bei einem starren, feststehenden Kollisionsgegner entspricht die Relativgeschwindigkeit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Der Längsträger ist derart ausgebildet, dass er in einem hohen Relativgeschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeugs durch sprödes Versagen Kollisionsenergie absorbieren kann. Bevorzugt kann der Längsträger dabei auf einem im Wesentlichen konstanten Kraftniveau Kollisionsenergie absorbieren. Der hohe Relativgeschwindigkeitsbereich grenzt dabei bevorzugt an den niedrigen Relativgeschwindigkeitsbereich an. Ein Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau, bei dem der Längsträger erstmals - nach anfänglicher elastischer Verformung - zu versagen beginnt, ist größer als ein Längsträger-

Durchschnittsversagenskraftniveau, bei dem der Längsträger in einem weiteren Verlauf versagt. Ferner sind ein Deformationselement- Anfangsversagenskraftniveau, bei dem das Deformationselement erstmals zu versagen beginnt, und ein Deformationselement-

Durchschnittsversagenskraftniveau, bei dem das Deformationselement in einem weiteren Verlauf versagt, kleiner als das Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau. Darüber hinaus ist das Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau kleiner als das Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau und größer als ein Kraftniveau, das einem um 10%, bevorzugt 5%, verringerten Längsträger- Durchschnittsversagenskraftniveau entspricht. Ein vorstehend erwähntes sprödes Versagen des Längsträgers aus

Faserkunststoffverbundwerkstoff wird auch beispielsweise„Crushing' ¹ genannt. Beim Versagensmechanismus„Crushing" erfolgt eine mehr oder weniger vollständige Desintegration (Pulverisierung bzw. Fragmentierung oder auch

Zersplitterung genannt) des Faserkunststoffverbundwerkstoffs vorrangig im

Sprödbruch. Je kleinteiliger das Versagen dabei ist, umso größer ist die

Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit beim Versagen bzw. desto höher ist die Last/Kraft, bei der das Versagen erfolgt.

Die Verwendung eines Faserkunststoffverbundwerkstoffes für den Längsträger ermöglicht es nach dem Anfangsversagenskraftniveau ein vergleichsweise - insbesondere im Vergleich zu metallischen Werkstoffen - konstantes

Versagenskraftniveau zu verwirklichen. Da erfindungsgemäß das

Deformationselement-Durschnittsversagenskraftniveau verhältnismäßig hoch gewählt ist, nämlich zumindest größer einem um 10%, bevorzugt 5%, verringerten Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau, erfolgt der Abbau von

Kollisionsenergie durch das Deformationselement auf einem verhältnismäßig hohen Kraftniveau, wodurch ein erforderlicher Deformationsweg geringer ist. Dies hat wiederum den Vorteil, dass die Crashstruktur, beispielsweise eines Vorderwagens des Kraftfahrzeugs, deutlich kürzer ausgebildet werden kann. Das Kraftfahrzeug kann insgesamt kleiner ausgeführt werden bzw. eine Fahrgastzelle kann bei gleicher Gesamtgröße des Kraftfahrzeugs größer ausgeführt werden. Die Erfindung ist insbesondere dadurch ermöglicht, dass der Längsträger aus einem

Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist, dessen

Anfangsversagenskraftniveau verhältnismäßig groß einstellbar ist, so dass trotz eines Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveaus, das in der Nähe des Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveaus liegt, eine Wahrscheinlichkeit, dass der Längsträger zu versagen beginnt, bevor ein

Kollisionsenergieabbaupotential des Deformationselements aufgebraucht ist, sehr gering ist. Damit kann mit hoher Wahrscheinlichkeit sichergestellt werden, dass bei einer Kollision mit niedriger Geschwindigkeit der Längsträger nicht irreversibel beschädigt wird und zunächst das Deformationselement vollständig versagt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das

Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau gleich oder größer dem Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau.

Hierdurch ist es möglich einen Deformationsweg des Deformationselements bei gleichem Kollisionsenergieabbaupotential noch kürzer zu wählen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das

Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau kleiner als ein um 10% erhöhtes Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau.

Hierdurch ist sichergestellt, dass das Deformationselement- Durchschnittsversagenskraftniveau dem Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau nicht zu nahe kommt und ungewollt ein Versagen des Längsträgers beginnt.

Das Deformationselement kann derart ausgebildet sein, das es plastisch und/oder spröde versagt.

Das Deformationselement kann bevorzugt aus einem

Faserkunststoffverbundwerkstoff bestehen.

Hierdurch dann das Deformationselement gegebenenfalls leichter ausgeführt werden. Ferner kann ein Versagenskraftniveau des Deformationselements vergleichsweise konstant ausgeführt werden, so dass ein Deformationsweg des Deformationselements besonders effizient zur Absorption von Kollisionsenergie genutzt werden kann.

Vorteilhaft ist das Deformationselement zwischen einem Stoßfängerquerträger und einem vorderen Ende des Längsträgers angeordnet.

Gemäß einer Weiterbildung kann das Deformationselement durch lösbare

Befestigungsmittel austauschbar ausgebildet sein. Hierdurch ist es insbesondere im Fall der Kollision mit niedriger Geschwindigkeit möglich, das beschädigte Deformationselement kostengünstig einfach

auszutauschen.

Der Längsträger kann vorteilhaft ein vorderer Längsträger oder ein hinterer Längsträger sein. An dem vorderen Längsträger kann ein vorderer

Stoßfängerquerträger mit einem zwischengeordneten Deformationselement angeordnet sein. An dem hinteren Längsträger kann ein hinterer

Stoßfängerquerträger mit einem zwischengeordneten Deformationselement angeordnet sein. Vorderer Längsträger und/oder hinterer Längsträger und zugehörige Deformationselemente können paarweise angeordnet sein. Mit anderen Worten kann die Karosserie einen linken und einen rechten vorderen Längsträger und/oder einen linken und einen rechten hinteren Längsträger mit zugehörigen Deformationselement aufweisen.

Bevorzugt kann der Längsträger aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff mit Kohlenstofffasern bestehen.

Dies ist insofern vorteilhaft, als dass Kohlenstofffasern eine hohe Zugfestigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht aufweisen. Damit ist es möglich bei gleicher Insassensicherheit eine Crashstruktur besonders kurz auszuführen.

Vorteilhaft ist der Faserkunststoffverbundwerkstoff mit Endlosfasern ausgebildet. Endlosfasern ermöglichen eine besonders hohe Festigkeit des Längsträgers und damit auch ein höheres Versagenskraftniveau , welches zusätzlich eine besonders kurze Crash struktur ermöglicht.

Bevorzugt versagt der Längsträger auf einem im Wesentlichen konstanten

Kraftniveau.

Vorstehend beschriebene Weiterbildungen der Erfindung können soweit möglich und sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.

Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figur. Figur 1 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftverlaufs über einem

Deformationsweg eines Deformationselements und eines Längsträgers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftverlaufs über einem

Deformationsweg eines Deformationselements und eines Längsträgers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Nachstehend sind ein erstes Ausführungsbeispiel und ein zweites

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figur 1 und Figur 2 erläutert.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs einen vorderen Längsträger, der aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist, und ein Deformationseiement. Der vordere Längsträger ist insbesondere mit Endlosfasern aus Kohlenstoff verstärkt. Das Deformationselement ist zwischen einem vorderen Stoßfängerquerträger und einem vorderen Ende des Längsträgers angebracht. Das Deformationselement des ersten

Ausführungsbeispiels ist aus einem spröde versagenden

Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet.

Das Deformationselement ist derart ausgelegt, dass es eine Kollisionsenergie im Falle einer Kollision mit geringer Geschwindigkeit, also beispielsweise geringer als 25 km/h oder 20 km/h oder 15 km/h oder einem beliebigen zwischenliegenden Wert, insbesondere 16 km/h, absorbieren kann, ohne dass der dahinter angeordnete Längsträger irreversibel beschädigt wird.

In Figur 1 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftverlaufs im Falle einer Frontalkollision des Kraftfahrzeugs bei hoher Relativgeschwindigkeit mit einem Kollisionshindernis über einem Deformationsweg des Deformationselements und des Längsträgers gezeigt. Das Deformationselement versagt nach anfänglicher elastischer Deformation bei Erreichen eines Deformationselement- Anfangsversagenskraftniveaus F1 durch sogenanntes Crushing spröde, wobei nach Überschreitung des Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1 das Deformationselement bei einem in etwa kontinuierlich gleichbleibenden

Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau F2 versagt, das niedriger als das Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1 ist. Ein

Versagenskraftverlauf 5 des Deformationselements ist durch eine gestrichelte Linie in Figur 1 schematisch dargestellt, wobei die Linie idealisiert dargestellt ist.

Tatsächlich kann der Versagenskraftverlauf auch etwas schwanken, wobei der Versagenskraftverlauf erheblich geringeren Schwankungen als bei einem sich plastisch verformenden Deformationselement unterliegt, das in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Der maximale Deformationsweg des

Deformationselements ist mit x1 in dem Diagramm angegeben.

Sobald das Kollisionsenergieabbaupotential bzw. ein Verformungspotential des Deformationselements aufgebraucht ist, setzt ein Versagen des Längsträgers ein. Ein Versagenskraftverlauf 7 des Längsträgers ist in Figur 1 mit einer

durchgezogenen Linie dargestellt. Hierbei steigt die Kraft zunächst bei elastischer Verformung des Längsträgers auf ein Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau F3 an, bei dem der Längsträger zu versagen beginnt. Insbesondere versagt der Längsträger durch vorstehend bereits beschriebenes Crushing spröde. Ein weiterer Kraftverlauf, bei dem der Längsträger versagt ist durch das Längsträger- Durchschnittsversagenskraftniveau F4 angegeben, wobei nach dem anfänglichen Versagen, der Kraftverlauf insbesondere im Vergleich zu einem Längsträger aus einem metallischen Werkstoff, der plastisch versagt, verhältnismäßig konstant ist. Der Versagenskraftverlauf 7 ist in Figur 1 idealisiert dargestellt. Das Längsträger- Durchschnittsversagenskraftniveau F4 ist geringer als das Längsträger- Anfangsversagenskraftniveau F3. Der maximale Deformationsweg des

Längsträgers ist mit x2 in dem Diagramm angegeben.

Eine Kollisionsenergie, die durch das System aus Deformationselement und Längsträger absorbierbar ist, ist durch den schraffierten Bereich in dem Diagramm angegeben.

In dem Diagramm sind das Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1 sowie das Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau F2 jeweils geringer ausgebildet als das Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau F3

Hierdurch ist verhindert, dass der Längsträger vor einem vollständigen Versagen des Deformationselements versagt. Um dies in jedem Fall sicherzustellen, ist ein Abstand der Kraftniveaus F1 und F2 zu dem Längsträger- Anfangsversagenskraftniveau F3 hinreichend groß gewählt.

Ferner ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel das Deformationselement- Durchschnittsversagenskraftniveau F2 ungefähr gleich dem Längsträger- Durchschnittsversagenskraftniveau F4. Hierdurch ist das Kraftniveau, bei dem das Deformationselement versagt vergleichsweise hoch, so dass auch über das Deformationselement in dem zur Verfügung stehenden Verformungsweg x1 hinreichend Kollisionsenergie abgebaut werden kann. Das Deformationselement- Durchschnittsversagenskraftniveau F2 kann auch in einem Bereich von 10% kleiner dem Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau F4 bis 10% größer dem Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau F4 ausgebildet sein, so lange ein Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau F3 groß genug ist, dass ein Versagen des Längsträgers nicht vor einem vollständigen Versagen des

Deformationselements eintritt.

Im Folgenden ist das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben, wobei insbesondere die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben sind und eine Beschreibung der Gemeinsamkeiten zu dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen

weggelassen wurden.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs einen vorderen Längsträger, der aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff ausgebildet ist, und ein Deformationselement, das im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus einem Aluminiumwerkstoff ausgebildet ist.

Im Falle einer Frontalkollision versagt das Deformationselement nach anfänglicher elastischer Deformation bei Erreichen eines Deformationselement- Anfangsversagenskraftniveaus F1 ' im Wesentlichen plastisch, wobei nach

Überschreitung des Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1 ' das Deformationselement mit einem stark schwankenden Versagenskraftverlauf 5', der charakteristisch für ein Versagen eines Aluminiumdeformationselements ist, versagt. Ein Mittelwert des schwankenden Versagenskraftverlaufs 5' nach einem Erreichen des Anfangsversagenskraftniveaus FT ist mit einem

Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau FT in dem Diagramm dargestellt. Das Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau F2' ist niedriger als das Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1' ist. Ein maximaler Deformationsweg des Deformationselements ist mit x1 in dem Diagramm angegeben.

Sobald das Kollisionsenergieabbaupotential bzw. ein Verformungspotential des Deformationselements aufgebraucht ist, setzt ein Versagen des Längsträgers ein. Ein Versagenskraftverlauf 7 des Längsträgers gemäß dem zweiten

Ausführungsbeispiel entspricht dem Versagenskraftverlauf des Längsträgers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und ist in Figur 2 analog dem ersten

Ausführungsbeispiel mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.

Das Deformationselement-Anfangsversagenskraftniveaus F1 ' und das

Deformationselement-Durchschnittsversagenskraftniveau F2' sind jeweils kleiner als ein Längsträger-Anfangsversagenskraftniveau F3, wobei das Deformationselement- Durchschnittsversagenskraftniveau F2' des zweiten Ausführungsbeispiels etwas größer als ein Längsträger-Durchschnittsversagenskraftniveau F4 ausgeführt ist.

Insgesamt kann gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung innerhalb des zur Verfügung stehenden Deformationswegs x1 + x2 eine

verhältnismäßig große Kollisionsenergie absorbiert werden, wobei die Funktion des Deformationselements bei Kollisionen mit niedrigen Geschwindigkeiten den Längsträger vor einer irreversiblen Beschädigung zu schützen aufrechterhalten ist.