BIRZLE, Franz (Nussberg 2/Jagdhaus, Seeshaupt, 82402, DE)
SCHNAUFER, Thomas (Galgenfeld 6, Baierbach, 84171, DE)
FUCHS, Horst-Arno (Bozener Str. 37, Starnberg, 82319, DE)
BIRZLE, Franz (Nussberg 2/Jagdhaus, Seeshaupt, 82402, DE)
SCHNAUFER, Thomas (Galgenfeld 6, Baierbach, 84171, DE)
| Patentansprüche 1. Kraftfahrzeug mit einem Seitenschwelier (2), der in Schalenbauweise eine Innenschale (5) und eine Außenschale (4) aufweist, die im Querschnitt gesehen einen Hohlraum (8) umschließen, dadurch gekennzeichnet, dass in diesem Hohlraum (8) zumindest im - in Fahrzeugiängsrichtung (x) gesehen - mittleren Bereich des Settenschwellers (2) ein Energieabsorber (3) angeordnet ist. 2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorber (3) zumindest in Fahrzeugquerrichtung (y) in den Seitenschweiler (2) eingeleitete Kräfte durch Deformation zumindest teilweise absorbieren kann. 3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorber (3) im Querschnitt gesehen den Hohlraum (8) zumindest in Fahrzeugquerrichtung (y) vollständig ausfüllt. 4. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorber (3) ein eine Mehrzahl von Wabenkammern (9) aufweisendes Formteil ist, wobei die Wabenkammern (9) aneinander angrenzend und parallel zueinander angeordnet sind. 5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckung der Wabenkammern (9) im Wesentlichen der Fahrzeugquerrichtung (y) entspricht. 6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkammern (9) einen polygonalen Querschnitt aufweisen. 7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkammern (9) einen sechseckigen Querschnitt aufweisen. 8. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Querschnitt gesehen die Höhenersireckung (z) des Energieabsorbers (3) an der der Außenschale (4) zugewandten Seite kleiner ist als im - in Fahrzeugquerrichtung (y) gesehen - mittleren Bereich des Seitenschweilers (2). 9. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorber (3) aus einem thermoplastischen Kunststoff ohne Glasfasern und ohne Glaskugeln besteht. 10. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Innenschaie (5) zugewandten Seite des Energieabsorbers (3) eine Zwischenschicht ( 1 ) aus einem Kunststoffschaum aufgebracht ist. 11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der innenschale (5) zugewandten Seite der auf den Energieabsorber (3) aufgebrachten, dämpfenden Schicht ( 1) ein Zugband (12) aufgebracht ist. 12. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der - in Fahrzeugquerrichtung (y) gesehen - der Fahrzeugmitte zugewandten Seite der Innenschale (5) eine Zwischenschicht (1 1) aus einem Kunststoffschaum aufgebracht ist. 13. Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der - in Fahrzeugquerrichtung (y) gesehen - der Fahrzeugmitte zugewandten Seite der Zwischenschicht (11) ein Zugband (12) aufgebracht ist. 1 . Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorber (3) an der Innenschaie (5) des Seitenschwel- lers (2) befestigt ist. 15. Kraftfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorber (3) mit der Innenschale (5) verklebt oder verclipst ist. 16. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innenschale (5) und / oder die Außenschale (4) des Seiten- schwellers (2) aus einem Kunststoff bestehen. 17. Kraftfahrzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschale (5) und / oder die Auflenschale (4) aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) bestehen. 18. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieabsorber (3) in Fahrzeuglängsrichtung (x) sich zumindest über die halbe Länge des Seitenschweilers (2) erstreckt. |
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Seitenschweller nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Im heutigen Kraftfahrzeugbau werden die meisten Seitenschweiler in Schalenbau- weise gebaut. Ein solcher Seitenschweiler weist zumindest eine Innenschale und eine Außenschale auf, die an zwei, in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Flanschen miteinander verbunden sind und dazwischen im Querschnitt gesehen einen Hohlraum umschließen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einem Seitenschweiler zu schaffen, der bei einem Seiiencrash einen geringen Deformationsweg aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Kraftfahrzeug mit einem Seitenschweller mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß befindet sich im Hohlraum zwischen einer Innenschale und einer Außenschaie eines Seitenschwellers zumindest im - in Fahrzeuglängsrichtung gesehen - mittleren Bereich des Seitenschwellers ein Energieabsorber. Bei einem konventionellen Seitenschweller in Schalenbauweise ohne zusätzliche Verstärkungen besteht die Gefahr, dass bei starken, von der Seite auf den Seitenschweller einwirkenden Kräften dieser einknickt, sodass es zu einer Deformation der Bodenbaugruppe kommen kann. Der erfindungsgemäße Energieabsorber nimmt durch Deformation zumindest einen Teil dieser einwirkenden Kräfte auf, er absorbiert sie. l Dadurch erhöht er die Steifigkeit des Seitenschweilers und schützt die Bodenbaugruppe besonders gut vor Deformationen.
Bevorzugt füllt der Energieabsorber im Querschnitt gesehen den Hohlraum zumindest in Fahrzeugquerrichtung vollständig aus. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass bei hohen Kräften, die die Außenschale des Seitenschweilers nicht alleine aufnehmen kann, von Anfang an zumindest ein Teil der Kräfte von dem Energieabsorber aufgenommen werden können. Der Energieabsorber kann nicht ausweichen, bevor er Kräfte in Fahrzeugquerrichtung aufnimmt, da er den Hohlraum zumindest in Fahrzeugquerrichtung vollständig ausfüllt.
Günstigerweise ist der Energieabsorber ein Formteil, das eine Mehrzahl von Wabenkammern aufweist. Die Wabenkammem sind dabei parallel zueinander angeordnet und grenzen aneinander an. Ein solcher Energieabsorber ist beispielsweise aus der DE 199 52 570 A1 bekannt. Der gesamte Offenbarungsgehalt der DE 99 52 570 A1 wird hiermit in diese Schrift mit aufgenommen. Diese Wabenstruktur ermöglicht es, dass der Energieabsorber ein relativ geringes Eigengewicht aufweist und zugleich sehr hohe Kräfte definiert aufnehmen kann. Dabei entspricht die Längserstreckung der Wabenkammern idealerweise im Wesentlichen der Fahrzeugquerrichtung. Die für einen Seitenschweiler kritischste Belastung erfolgt ebenfalls in Fahrzeugquerrichtung. Bei in dieser Richtung wirkenden Kräften wird der Energieabsorber bzw. die Wände zwischen den einzelnen Wabenkammern in Fahrzeugquerrichtung zusammengestaucht. Der Energieabsorber deformiert sich dabei gezielt, in Abhängigkeit von der Größe der einzelnen Waben, den Wanddicken zwischen den Waben und dem verwendeten Material für den Energieabsorber kann die Wabenstruktur so ausgelegt werden, dass sie ab einer definierten Grenzlast gezielt sich zusammenstauchen lässt Auch die Menge der dabei absorbierten Energie lässt sich so gezielt festlegen.
Bevorzugt weisen die Wabenkammern einen polygonalen Querschnitt auf. Insbesondere ein sechseckiger Querschnitt ist dabei vorteilhaft. Als Material für den Energieabsorber eignet sich insbesondere ein thermoplastischer Kunststoff ohne Glasfasern und ohne Glaskugeln. Bei der Wahl des optimalen Materials ist darauf zu achten, dass sich die Eigenschaften in den für Kraftfahrzeugen relevanten Temperatur-Spannen von ca. -35 D C bis etwa +85 D C nur möglichst wenig verändern, damit die Energieaufnahme des Seitenschweliers bei Temperaturschwankungen nur in möglichst engen Grenzen schwankt. Als sehr geeignet hat sich ein unverstärktes PC+PBT-Material herausgestellt, das eine sehr gute Tiefternperaturzähigkeit aufweist Dieses Materia! besteht aus einer Mischung aus Polycarbonaten (PC) und Polybutylen Terephtalaten (PBT),
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist im Querschnitt gesehen die Höhenerstreckung des Energieabsorbers an der der Außenschale zugewandten Seite kleiner als im - in Fahrzeugquerrichtung gesehen - mittleren Bereich des Seitenschwellers. Jeder aus einem festen Material bestehende Energieabsorber hat eine unerwünschte Eigenschaft: Die Kräfte, die erforderlich sind, um die Deformation zu starten, sind wesentlich höher als die Kräfte, die nach dem Start der Deformation ausreichen, um den Energieabsorber weiter zu deformieren. Durch eine entsprechende Gestaltung kann diese Eigenschaft aufgefangen werden. Dazu wirken die Kräfte in Fahrzeugquerrichtung nicht von Anfang an auf die gesamte Höhenerstreckung, sondern nur auf einen Teilbereich. Dadurch beginnt die Deformation auch nur in diesem Teilbereich. Erst bei fortschreitender Deformation kommen die restlichen Bereiche des Energieabsorbers hinzu. Dadurch wird vermieden, dass zum Einleiten der Deformation zunächst sehr hohe Kräfte auf den Energieabsorber einwirken müssen, in der Praxis kann dieser Effekt dadurch erreicht werden, dass der Energieabsorber zur Fahrzeugaußenseite abgeschrägt ist.
Der Energieabsorber erstreckt sich bevorzugt zumindest über die halbe Länge des Seitenschwellers. Der am meisten beanspruchte Bereich des Seitenschweilers ist der mittlere Bereich. Dieser wird durch den Energieabsorber, der sich zumindest über die halbe Länge des Seitenschweilers erstreckt, effektiv verstärkt. Bei in Fahrzeugquerrichtung auf den Seitenschweiler einwirkenden Kräften wirkt der Energieabsorber aufgrund seiner Längserstreckung wie ein Biegeträger. Die der einwirkenden Kraft zugewandte Seite des Seitenschwellers wird dabei Druckspannungen ausgesetzt, die der einwirkenden Kraft abgewandte Seite des Seitenschweilers wird Zugspannungen ausgesetzt. Um diese Zugspannungen gut aufnehmen zu können, ist idealerweise auf der der Innenschale des Seitenschweilers zugewandten Seite des Energieabsorbers ein Zugband aufgebracht, das beispielsweise aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff bestehen kann. Dieses Zugband verstärkt den Seiten- schweller und kann vor allem diese auf der Innenseite des Seitenschweilers entstehenden Zugspannungen aufnehmen. Zusätzlich ist bevorzugt auf der - in Fahrzeugquerrichtung gesehen - der Fahrzeugmitte zugewandten Seite der Innenschale eine Zwischenschicht aus einem Kunststoffschaum aufgebracht Sie stabilisiert bei einem Seitencrash den Energieabsorber, sodass er nicht verkippt und kann zusätziich Deformationsenergie aufnehmen.
Die Innenschale und / oder die Außenschale des Seiten schwellers bestehen bevorzugt aus einem Kunststoff, wie beispielsweise aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK). Kunststoffe haben gegenüber Blechbauteilen den Nachteil, dass sie eine geringere Duktilität aufweisen, sodass ihre Fähigkeit zur Energieaufnahme durch Deformation ziemlich beschränkt ist. Daher macht es besonders bei einem Seitenschwelier aus Kunststoffschalen Sinn, einen solchen Energieabsorber im Hohlraum zwischen den beiden Schalen anzuordnen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darsteiiungsweise:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Seitenrahmens mit einem Seitenschwelier einer Kraftfahrzeugkarosserie,
Fig. 2 einen Schnitt durch den Seitenschwelier,
Fig. 3 einen Seitenansicht eines Energieabsorbers und
Fig. 4 einen Schnitt durch den Energieabsorber.
In Fig. 1 ist ein äußerer Seitenrahmen 1 einer Kraftfahrzeugkarosserie zu sehen. Zusammen mit einem inneren Seitenrahmen bildet der äußere Seitenrahmen 1 in Schalenbauweise die seitliche Begrenzung einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs. Er umgibt umlaufend den seitlichen Türausschnitt und bildet unten zugleich einen Seitenschwelier 2. Die innere Seitenrahmen und der äußere Seitenrahmen 1 bestehen aus einem kohlenfaserverstärkten Kunststoff (CFK). Der Vorteil eines Seitenrahmens aus CFK besteht in seiner hohen Steifigkeit bei einem geringen Gewicht. Ein konventioneller Seitenrahmen aus Blechschalen mit eine vergleichbaren Steifigkeit weist ein deutlich höheres Gewicht auf.
Allerdings verhält sich ein Seitenschweiler 2 in Schalenbauweise aus einem kohlenfaserverstärkten Kunststoff bei hohen, von der Seite einwirkenden Kräften, wie sie bei einem Crash vorkommen können, deutlich anders als ein Seitenschweller aus Blechschalen. Ein Seitenschweller aus Blechschalen kann sich stark verformen und dabei viel Crashenergie abbauen. Der Seitenschweller 2 aus CFK zerbricht bei Überschreiten der Festigkeitsgrenzen. Er kann dabei nur in geringem Maße
Crashenergie aufbauen. Deshalb befindet sich - in Fahrzeuglängsrichtung x gesehen - im mittleren Bereich des Seitenschwe!lers 2 ein Energieabsorber 3. Der mittlere Bereich des Seitenschweilers 2 ist der Bereich, der bei einem Seitencrash am stärksten beansprucht wird. Der Energieabsorber 3 wirkt genau in diesem Bereich des Seitenschwellers 2, In Fig. 1 ist der Energieabsorber 3 dargestellt, obwohl er in Wirklichkeit in einer Seitenansicht von dem äußeren Seitenrahmen 1 verdeckt wäre.
In Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Seitenschweller 2 dargestellt. In dem Schnitt ist der äußere Seitenrahmen 1 zu sehen, der die Außenschale 4 des Seitenschweilers 2 bildet. Auch der innere Seitenrahmen ist zu sehen, der die Innenschale 5 des Seitenschwellers 2 bildet. Die Außenschale 4 und die Innenschale 5 des Seitenschwellers 2 sind über einen oberen Flansch 6 und einen unteren Flansch 7 in Schalenbauweise miteinander verbunden. Zwischen dem oberen und dem unteren Flansch 6 und 7 umschließen die Außenschale 4 und die Innenschale 5 einen Hohlraum 8, in dem im mittleren Bereich des Seitenschweilers 2 der Energieabsorber 3 angeordnet ist,
Der Energieabsorber 3 wird gebildet von einem Formteil aus dem Kunststoff PC+PBT- aterial ohne Verstärkung mit Glasfasern oder Glaskugeln. Dies ist eine Mischung aus Poiycarbonaten (PC) und Polybutylen Terephtalaten (PBT), die eine sehr gute Tieftemperaturzähigkeit aufweist. In den Figuren Fig. 3 und Fig. 4 Ist der Energieabsorber 3 detailliert dargestellt.
Der Energieabsorber 3 besteht aus einer Vielzahl von sechseckigen Wabenkammern 9, die alle parallel zueinander angeordnet sind. Die Längserstreckung der Wa- benkamrnem 9 entspricht der Fahrzeugquerrichtung y, wenn der Energieabsorber 3 im Seitenschweiler 2 verbaut ist. Die energieabsorbierenden Eigenschaften des Energieabsorbers 3 werden maßgeblich beeinfiusst durch die Kantenlänge der sechseckigen Wabenkammern und die Wandstärke zwischen den einzelnen Wabenkammern 9. Hier beträgt die Kanteniänge etwa 12 mm, die Wandstärke etwa 1 ,5 mm.
Bei hohen, vom Energieabsorber 3 aufzunehmenden Kräfte müssen diese anfangs eine Kraftspitze aufweisen, die groß genug ist, um eine erste Deformation der Wabenstruktur des Energieabsorbers 3 in Gang zu setzen. Nach dem Überschreiten dieser erforderlichen Kraftspätze werden die Wände zwischen den einzelnen Wabenkammern 10 zusammengestaucht. Nach dem Beginn der Deformation sind bereits deutlich geringere Kräfte ausreichend, um eine weitergehende Deformation zu erreichen. Damit nun diese Kraftspitze möglichst klein ist, ist der Energieabsorber 3 an seiner oberen, der Außenschale 4 zugewandten Kante 13 abgeschrägt und an seiner unteren, der Außenschate 4 zugewandten Kante 14 abgeschrägt. Dadurch können bei einem Seitencrash zunächst nur die Wabenkammern 9 in der Höhenerstreckung z gesehen im mittleren Bereich Crashenergie aufnehmen, da nur diese Wabenkammern 9 zu Beginn des Seitencrashs an der Außenschale 4 anliegen. Erst wenn bei diesen mittleren Wabenkammern 9 die Deformation eingesetzt hat und diese Wabenkammern 9 bereits zusammengestaucht sind, kommen die restlichen Wabenkammern 9, deren Endbereiche abgeschrägt sind, zur Energieaufnahme . hinzu. Die beiden abgeschrägten Kanten 13 und 1 verhindern so, dass eine unerwünscht hohe Kraftspitze erforderlich ist, bis der Energieabsorber 9 deformiert wird.
Die vom Energieabsorber 3 nicht aufgenommenen Kräfte werden durch den Energieabsorber in die Innenschale 5 geleitet. Damit diese Krafteinieitung nicht nur durch die schmalen Stirnseiten der Wände zwischen den Wabenkammern 9 erfolgt, weist der Energieabsorber 3 auf der der Innenschale 5 zugewandten Seite eine flächige, angespritzte Platte 15 auf, die an der Innenschale 5 anliegt. Diese Platte 15 weist jeweils zentrisch zu jeder Wabenkammer 9 eine kreisrunde Ausnehmung 16 auf. Die Platte 15 leitet die Kräfte flächig vom Energieabsorber 3 in die Innenschale 5 ein, sodass die Gefahr relativ gering ist, dass die Innenschale 5 lokal bricht oder splittert. Der Energieabsorber 3 weist auf der der Innenschale 5 des Seitenschweliers 2 zugewandten Seite mehrere Clipse 0 auf, mit denen er mit der Innenschale 5 verclipst ist. Die Innenschale 5 weist zudem mehrere, zum Energieabsorber 3 abstehende Dome aus Harz auf, die einstückig an die Innenschale 5 angeformt sind. Diese Dome greifen formschlDssig in bestimmte Ausnehmungen 16 ein, sodass ein zusätzlicher Formschiuss zwischen Energieabsorber 3 und Innenschale 5 gegeben ist. Diese Formschlüsse verhindern ein unerwünschtes Verlagern des Energieabsorbers 3 im Seitenschweiler 2 in Fahrzeuglängsrichtung x. In der Fertigung wird zunächst der Energieabsorber 3 mit der Innenschale 5 verclipst, sodass er mit dieser formschlüssig verbunden ist. Erst danach wird die Außenschale 4 gefügt.
Der Energieabsorber 3 füllt zumindest in Fahrzeugquerrichtung y den Hohlraum 8 zwischen der Außenschale 4 und der innenschale 5 vollständig aus, wie es in Fig. 2 gut erkennbar ist Der Energieabsorber 3 stützt sich in Fahrzeugquerrichtung y also sowohl an der Außenschale 4 als auch an der Innenschale 5 ab.
Auf der der Fahrzeugmitte zugewandten Seite der Innenschale 5 des Seitenschweilers ist zusätzlich eine Zwischenschicht 11 aus einem Kunststoffschaum an- oder aufgebracht. Auf der der Fahrzeugmitte zugewandten Seite dieser Zwischenschicht 11 ist wiederum ein Zugband 12 aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff angebracht. An den Seitenschwelier 2 grenzt an seiner Innenseite eine nicht dargestellte Bodenbaugruppe an, Die Innenschale 5 weist in ihrer Höhenerstreckung z im mittleren Bereich eine Vertiefung zur Außenschale 4 hin auf, in der die Zwischenschicht 11 angeordnet ist. Dadurch liegt das Zugband 12 an der Zwischenschicht 11 an, es ist mit seinem oberen und unteren Randbereich aber zusätzlich direkt an der innenschale 5 angebunden. Die Zwischenschicht 11 und das Zugband 12 erstrecken sich in Fahrzeuglängsrichtung x jeweils zumindest in dem Bereich, in dem auch der Energieabsorber 3 angeordnet ist. Ideaierweise erstrecken sie sich über die gesamte Länge des Seitenschweliers 2.
Der gesamte Seitenschweiler 2 kann für in Fahrzeugquerrichtung einwirkende Kräfte als Biegeträger betrachtet werden. Dabei wirken auf der Außenseite des Seitenschweilers 2, die der einwirkenden Kraft zugewandt ist, hohe Druckkräfte, während auf der Innenseite des Seitenschweliers 2, die der einwirkenden Kraft abgewandt ist, hohe Zugkräfte wirken. Das Zugband 12 nimmt zumindest einen Teil dieser Zugkräfte auf und verstärkt so die Innenschale 5 des Seitenschweilers 2.
Ein auf diese Weise aufgebauter Seitenschweiler 2 weist eine so hohe Steifigkeit auf, dass die Außenschale 4 und die Innenschale 5 - wie in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben - auch aus einem Kunststoff bestehen können, der aufgrund seiner Materialeigenschaften eine wesentlich geringere Duktilität als Stahlbleche aufweist. Trotzdem ist ein solcher Seitenschweiier 2 sehr steif, er schützt die darunterliegende Bodenbaugruppe sehr gut vor unerwünschten Beschädigungen.
Bei einem Seitencrash wird zunächst die Außenschale 4 beschädigt werden. Danach wird der Energieabsorber 3 deformiert. Dabei werden die Wände zwischen den Wabenkammern 9 zusammengestaucht und nehmen dabei einen erheblichen Teil der Crashenergie auf. Die Innenschale 5 ist durch das Zugband 12 bezüglich der hohen Zugkräfte gut geschützt.