Die voriiegende Erfindung betrifft eine Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs und eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Längsträgeranordnung, wobei die Längsträgeranordnung ein tragendes

Strukturelement der Karosserie bildet und im Fall einer Kollision des Kraftfahrzeugs unter Absorbierung von Kollisionsenergie fortschreitend versagt.

Es ist bekannt ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, das einen Vorderwagen, eine Fahrgastzelle und einen Hinterwagen aufweist, für einen Fahrzeuginsassen möglichst kollisionssicher auszulegen. Üblicherweise

weist/weisen dabei ein Vorderwagen und/oder ein Hinterwagen Strukturelemente auf, die im Falle einer Kollision über eine bestimmte Strecke bei einem

vorgegebenen Lastverlauf fortschreitend verformt werden und dabei

Kollisionsenergie absorbieren, wobei die Fahrgastzelle mit dem Fahrzeuginsassen abgebremst wird. Es ist bekannt für eine derartige Karosseriestruktur einen duktilen Werkstoff, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, zu verwenden, der über die vorgegebene Strecke plastisch verformt wird.

In jüngerer Zeit gibt es Bestrebungen, statt metallischen Werkstoffen

Faserverbundwerkstoffe für eine derartige Karosseriestruktur eines Kraftfahrzeugs zu verwenden. Ein Karosseriestrukturträger aus Faserverbundwerkstoff versagt im Gegensatz zu einem metallischen Karosseriestrukturträger nicht durch plastisches Verformen sondern im Wesentlichen durch fortschreitendes sprödes Versagen. Ein derartiges Versagen bzw. ein derartiger Versagensmechanismus 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 Umlegung des Materials um 180° direkt an einer Aufprallfläche, wobei diese Umlegung 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, bei der das Versagen erfolgt.

Eine weitere Eigenschaft eines Karosseriestrukturträgers aus

Faserverbundwerkstoff ist, dass ein Kraftverlauf einer Kraft, bei der der

Karosseriestrukturträger beansprucht wird und bei der schließlich ein Versagen eintritt, zu Beginn durch eine anfängliche sehr geringe elastische Verformung des Karosseriestrukturträgers eine Kraftspitze erreicht, bis das spröde Versagen einsetzt und sich dann über einen weiteren Versagenskraftverlauf auf einem niedrigeren Kraftniveau einstellt, das deutlich niedriger als die anfängliche Kraftspitze ist. Es ist ebenfalls bekannt, dass die anfängliche Kraftspitze durch eine sogenannte

Triggerung, d.h. eine gezielte Schwächung des Karosseriestrukturträgers, verringert werden kann. Sobald die Kraftspitze überwunden ist, versagt der

Karosseriestrukturträger fortschreitend ohne weitere Kraftspitze wie zu Beginn des spröden Versagens.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs sowie eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Längsträgeranordnung zu schaffen, wobei die

Längsträgeranordnung im Wesentlichen aus Faserverbundwerkstoff besteht und ein Versagen von Abschnitten der Längsträgeranordnung zuverlässig voneinander trennt.

Diese Aufgabe wird durch eine Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs gelöst, die die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Ferner wird diese Aufgabe durch eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Längsträgeranordnung gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.

Eine Längsträgeranordnung einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart ausgebildet, dass sie im Falle einer Kollision, insbesondere einer Frontalkollision bzw. einer Kollisionslast in Längsrichtung der Längsträgeranordnung, des Kraftfahrzeugs Kollisionsenergie absorbierend fortschreitend versagt. Die Längsträgeranordnung weist ein erstes

Längsträgerelement auf, das aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist, und weist ein zweites Längsträgerelement auf, das aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist. Das zweite Längsträgerelement ist hinter dem ersten

Längsträgerelement angeordnet, und fluchtet insbesondere mit dem ersten

Längsträgerelement. Das erste Längsträgerelement und das zweite

Längsträgerelement sind mittels eines Verbindungselements miteinander verbunden. Die Längsträgeranordnung ist dabei derart ausgebildet, dass im Fall der Kollision des Kraftfahrzeugs das zweite Längsträgerelement beginnt zu versagen, nachdem das erste Längsträgerelement versagt hat.

Die Längsträgeranordnung versagt dabei über eine vorgegebene Versagensstrecke spröde, d.h. gemäß dem eingangs beschriebenen Versagensmechanismus „crushing".

Das zweite Längsträgerelement beginnt insbesondere erst zu versagen, nachdem das erste Längsträgerelement bzw. eine vorgegebene Versagensstrecke des ersten Längsträgerelements vollständig versagt hat und damit sein

Kollisionsenergieabsorptionspotential aufgebraucht hat.

Durch eine Gliederung der Längsträgeranordnung in ein erstes Längsträgerelement und ein zweites Längsträgerelement, die getrennte Elemente darstellen, kann es mit einfachen Mitteln sichergestellt werden, dass das zweite Längsträgerelement nicht frühzeitig beginnt zu versagen, da bei dem zweiten Längsträgerelement erst ein Anfangsversagenskraftniveau überwunden werden muss, das höher als ein

Versagenskraftniveau dieses Abschnitts der Längsträgeranordnung ist, falls das erste Längsträgerelement und das zweite Längsträgerelement ein integrales, einstückiges Längsträgerelement der Längsträgeranordnung wären. Das

Verbindungselement stellt eine Trennung der beiden Längsträgerelemente dar und ermöglicht damit auch eine vollständige Trennung des Versagens des ersten Längsträgerelements von dem Versagen des zweiten Längsträgerelements.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Längsträgeranordnung der

vorliegenden Erfindung weist das erste Längsträgerelement eine Triggerung auf, die ein Anfangsversagenskraftniveau des ersten Längsträgerelements reduziert, so dass das Anfangsversagenskraftniveau des ersten Längsträgerelements kleiner als ein Anfangsversagenskraftniveau des zweiten Längsträgerelements ist.

Eine Triggerung ist ein bekannter Begriff, der für eine gezielte Schwächung bzw. konstruktive Vorschädigung von Faserverbundwerkstoffen verwendet wird, wobei eine Triggerung bewirkt, dass das erste Längsträgerelement eine geringere anfängliche Kraftspitze bis zu einem Beginn eines Versagen des

Längsträgerelements aufweist. Ein Längsträgerelement mit Triggerung hat ein geringeres Anfangsversagenskraftniveau als ein Längsträgerelement ohne

Triggerung.

Hierdurch kann verhindert werden, dass das zweite Längsträgerelement zusammen mit oder vor dem ersten Längsträgerelement beginnt zu versagen.

Bevorzugt weisen zumindest ein Verbindungsbereich des ersten

Längsträgerelements und ein Verbindungsbereich des zweiten Längsträgerelements eine gleiche Querschnittsform, insbesondere eine gleiche innere und/oder äußere Querschnittsform, auf. Alternativ oder zusätzlich weisen die Verbindungsbereiche eine gleiche Wandstärke auf. Ferner weisen die Verbindungsbereiche alternativ oder zusätzlich einen gleichen Werkstoff bzw. eine gleiche

Werkstoffzusammensetzung auf.

Hierdurch können beispielsweise das erste Längsträgerelement und das zweite Längsträgerelement hergestellt werden, indem zunächst ein einziger Längsträger hergestellt wird. Daraufhin wird der Längsträger in zwei Längsträgerelemente, d.h. in das erste Längsträgerelement und das zweite Längsträgerelement, geteilt. Mit anderen Worten ist es somit möglich einen einzigen Längsträger herzustellen, aus dem durch einen einfachen Fertigungsschritt, wie einem Zerschneiden bzw.

Zersägen des Längsträgers, das erste Längsträgerelement und das zweite

Längsträgerelement hergestellt werden kann. Hierdurch ist die Herstellung der Längsträgeranordnung vereinfacht. Insbesondere wenn das erste

Längsträgerelement zusätzlich getriggert ist, ist es möglich, trotz gleicher

Querschnittsform bzw. gleicher Wandstärke bzw. gleicher

Werkstoffzusammensetzung sicherzustellen, dass das erste Längsträgerelement vor dem zweiten Längsträgerelement versagt.

Gemäß einer Weiterbildung weisen eine vorgegebene Versagensstrecke des ersten Längsträgerelements und eine vorgegebene Versagensstrecke des zweiten Längsträgerelements eine gleiche Querschnittsform und/oder eine gleiche

Wandstärke und/oder eine gleiche Werkstoffzusammensetzung auf.

Hierdurch kann beispielsweise die Längsträgeranordnung durch einen kontinuierlich hergestellten Längsträger mit konstanter Querschnittsform bzw. konstanter Wandstärke bzw. konstanter Werkstoffzusammensetzung verwendet werden, um ihn in zwei Teile zu trennen, nämlich das erste Längsträgerelement und das zweite Längsträgerelement. In diesem Fall ist es erforderlich, dass das erste

Längsträgerelement zusätzlich getriggert wird, so dass sichergestellt ist, dass das erste Längsträgerelement vor dem zweiten Längsträgerelement versagt. Ein in einem kontinuierlichen Herstellungsverfahren hergestellter Längsträger ist besonders kostengünstig herstellbar.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Längsträgeranordnung der vorliegenden Erfindung ist das Verbindungselement derart ausgebildet, dass das Verbindungselement an einer vorderen Stirnseite des zweiten Längsträgerelements abgestützt ist. Zusätzlich kann die hintere Stirnseite des ersten

Längsträgerelements an dem Verbindungselement abgestützt sein.

Die vordere Stirnseite des zweiten Längsträgerelements kann dabei an einer Wand abgestützt sein, die in Querrichtung zu der Längsträgeranordnung verläuft. Ebenso kann die hintere Stirnseite des ersten Längsträgerelements an einer Wand des Verbindungselements abgestützt sein, die in Querrichtung zu der Längsrichtung der Längsträgeranordnung verläuft.

Bevorzugt weist das Verbindungselement eine Wand auf, die sich quer zu der Längsrichtung der Längsträgeranordnung erstreckt, an deren Vorderseite die hintere Stirnseite des ersten Längsträgereiements abgestützt ist und an deren Hinterseite die vordere Stirnseite des zweiten Längsträgerelements abgestützt ist.

Durch die Abstützung des Verbindungselements bzw. der Wand des

Verbindungselements an dem zweiten Längsträgerelement kann wirkungsvoll eine Kraftübertragung in Längsrichtung der Längsträgeranordnung auf das zweite Längsträgerelement erfolgen. Durch die Abstützung des ersten

Längsträgerelements an dem Verbindungselement, insbesondere an einer Wand des Verbindungselements, kann vorteilhaft eine Kraft in Längsrichtung von dem ersten Längsträgerelement auf das Verbindungselement und von dem

Verbindungselement auf das zweite Längsträgerelement übertragen werden.

Alternativ kann das Verbindungselement auch ohne Stirnwand ausgebildet sein, wobei das erste Längsträgerelement und/oder das zweite Längsträgerelement über eine auf Schub belastbare Verbindung, beispielsweise über eine Klebeverbindung und/oder über eine Schraub- bzw. Nietverbindung, mit dem Verbindungselement verbunden sein kann.

Das Verbindungselement kann aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein. Alternativ kann das Verbindungselement auch aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet sein. Im Falle, dass das Verbindungselement aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist, ist ein Stahl- oder Aluminiumwerkstoff bevorzugt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Verbindungselement einen ersten Hülsenabschnitt auf, der ein hinteres Ende des ersten Längsträgerelements umfasst bzw. umgreift. Mit anderen Worten ist das hintere Ende des ersten

Längsträgerelements in dem ersten Hülsenabschnitt aufgenommen bzw. in diesen eingeschoben. Alternativ oder zusätzlich weist das Verbindungselement einen ersten Vorsprungsabschnitt auf, der von dem hinteren Ende des ersten Längsträgerelements umfasst bzw. umgriffen ist. Mit anderen Worten ist der Vorsprungsabschnitt in das hintere Ende des ersten Längsträgerelements eingeschoben bzw. von dem hinteren Ende des ersten Längsträgerelements aufgenommen.

Eine derartige Verbindung bzw. Ausgestaltung des Verbindungselements ermöglicht eine sichere und feste Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem ersten Längsträgerelement, wobei diese auch Querkräfte aufnehmen kann.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist das Verbindungselement einen zweiten Hülsenabschnitt auf, der ein hinteres Ende des zweiten

Längsträgerelements umgreift bzw. umfasst. Mit anderen Worten ist das hintere Ende des zweiten Längsträgerelements in dem zweiten Hülsenabschnitt

aufgenommen und in diesen eingeschoben. Alternativ oder zusätzlich weist das Verbindungselement einen zweiten Vorsprungsabschnitt auf, der von einem hinteren Ende des zweiten Längsträgerelements umfasst bzw. umgriffen ist. Der zweite Vorsprungsabschnitt ist damit in dem vorderen Ende des zweiten

Längsträgerelements aufgenommen bzw. in dieses eingeschoben.

Hierdurch ist eine feste Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem zweiten Längsträgerelement geschaffen, die Querkräfte aufnehmen kann.

Insgesamt kann das Verbindungselement damit eine sichere Verbindung, die auch Querkräfte aufnehmen kann, zwischen dem ersten Längsträgerelement und dem zweiten Längsträgerelement ermöglichen.

Das erste Längsträgerelement weist bevorzugt einen geschlossenen Querschnitt auf und ist damit als Hohlträger ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich weist das zweite Längsträgerelement einen geschlossenen Querschnitt auf und ist damit als Hohlträger ausgebildet.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Karosserie eines

Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Längsträgeranordnung, wobei die

Längsträgeranordnung in einem Vorderwagen oder einem Hinterwagen des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist und ein Stoßfängerquerträger mittelbar oder unmittelbar an der Längsträgeranordnung befestigt ist.

Das erste Längsträgerelement und/oder das zweite Längsträgerelement bestehen bevorzugt aus einem Faserkunststoffverbundwerkstoff mit Kohlenstofffasern. Der Faserkunststoffverbundwerkstoff kann jedoch auch zusätzlich oder alternativ andere Fasern, wie beispielsweise Glasfasern oder Aramidfasern, enthalten. Es sind jegliche in einem Karosseriebau sinnvoll einsetzbare Fasern denkbar.

Die Fasern des Faserkunststoffverbundwerkstoffs können dabei insbesondere bevorzugt als Endlosfasern in dem Faserkunststoffverbundwerkstoff vorliegen, da Endlosfasern eine besonders hohe Festigkeit des Faserkunststoffverbundwerkstoffs ermöglichen.

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

Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figuren.

Fig. 1 ist eine schematische geschnittene Seitenansicht einer

Längsträgeranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der

vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftverlaufs F über eine

Versagensstrecke x bei einem Versagen der Längsträgeranordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung infolge einer

Kollision.

Nachstehend erfolgt eine detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbetspiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren 1 und 2.

Eine Längsträgeranordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein erstes Längsträgerelement 3 und ein zweites

Längsträgerelement 5 auf, die aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen. Das erste Längsträgerelement 3 und das zweite Längsträgerelement 5 sind mittels eines Verbindungselements 7 verbunden. Eine vordere Stirnseite des ersten

Längsträgerelements 3 ist mitteis einer Phase 31 getriggert. Das erste

Längsträgerelement 3 ist in einem ersten Hülsenabschnitt 73 des

Verbindungselements 7 aufgenommen. Eine Stirnseite 33 eines hinteren Endes des ersten Längsträgerelements 3 ist an einer Wand 71 des Verbindungselements 7 abgestützt. Ein vorderes Ende des zweiten Längsträgerelements 5 ist in einem zweiten Hülsenabschnitt 75 des Verbindungselements 7 aufgenommen, wobei sich die Wand 71 an einer vorderen Stirnseite 53 des zweiten Längsträgerelements 5 abstützt. Das Verbindungselement 7 ist beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet, wobei das hintere Ende des ersten Längsträgerelements 3 und das vordere Ende des zweiten Längsträgerelements 5 mit dem ersten Hülsenabschnitt 73 bzw. dem zweiten Hülsenabschnitt 75 des Verbindungselements 7 verbunden sind.

Die Längsträgeranordnung 1 ist Bestandteil einer Karosserie eines

Personenkraftfahrzeugs und ist insbesondere ein vorderer Längsträger oder ein hinterer Längsträger der Karosserie. Im Falle eines Personenkraftfahrzeugs mit Frontmotor kann die Längsträgeranordnung ein Motorträger sein. Die

Längsträgeranordnung kann sich im Wesentlich über eine gesamte Länge eines Hinterwagens bzw. eines Vorderwagens des Kraftfahrzeugs erstrecken und ist struktureller Bestandteil einer sogenannten Crashstruktur des

Personenkraftfahrzeugs, die im Falle einer Frontalkollision bzw. einer Heckkollision des Kraftfahrzeugs über eine Versagensstrecke fortschreitend Kollisionsenergie absorbierend versagt. Die Karosserie des Kraftfahrzeugs kann dabei eine linke Längsträgeranordnung und eine rechte Längsträgeranordnung aufweisen, an der mittelbar oder unmittelbar ein Stoßfängerquerträger angebracht ist. Die

Längsträgeranordnung 1 kann damit Bestandteil eines Hauptlastpfades im Falle einer Frontalkollision bzw. einer Heckkollision des Personenkraftfahrzeugs sein, der sich von einem Stoßfängerquerträger bis zu einer Fahrgastzelle erstreckt.

Die Längsträgeranordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispie! der vorliegenden Erfindung besteht aus einem mit Kohlenstofffaser verstärktem Kunststoff d.h. einem Kohlenstofffaserverbundwerkstoff. Das erste Längsträgerelement 3 und das zweite Längsträgerelement 5 sind jeweils Hohlträger mit beispielsweise einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt. Insbesondere sind ein Versagensabschnitt des ersten Längsträgerelements 3 und ein Versagensabschnitt des zweiten Längsträgerelements 5 von gleicher

Querschnittsform, gleicher Wandstärke sowie aus einem gleichen Werkstoff ausgebildet. Das erste Längsträgerelement 3 und das zweite Längsträgerelement 5 - d.h. zumindest ihre Versagensabschnitte - unterscheiden sich gegebenenfalls durch eine Länge und die Triggerung des ersten Längsträgerelements 3, die bei dem zweiten Längsträgerelement 5 nicht vorhanden ist oder schwächer ausgeführt ist.

Im Falle einer Frontalkollision oder einer Heckkollision des Kraftfahrzeugs erfolgt eine Einleitung einer Last über den Stoßfängerquerträger in das vordere Ende des ersten Längsträgerelements 3, das wie vorstehend bereits erläutert ist, getriggert ist, so dass dieses zu versagen beginnt. Das erste Längsträgerelement 3 versagt kleinteilig spröde durch den Versagensmechanismus„crushing" fortschreitend, bis eine Versagensstrecke von x1 bis x2 (siehe Figur 2) des ersten

Längsträgerelements 3 aufgebraucht ist.

Figur 2 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftverlaufs F über eine

Versagensstrecke x bei einem Versagen der Längsträgeranordnung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung infolge einer Kollision. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist ein Anfangsversagenskraftniveau F1 des ersten

Längsträgerelements 3 durch die Triggerung gering bzw. genauso hoch wie ein Kraftniveau in einem weiteren Versagensverlauf. Das Anfangsversagenskraftniveau F1 und der weitere Kraftverlauf F1 ^' sind geringer als ein

Anfangsversagenskraftniveau F2 des zweiten Längsträgerelements 5. Daher versagt das erste Längsträgerelement 3 zunächst vollständig über seine gesamte Versagensstrecke x1 bis x2, bis das Energieabsorptionspotential des ersten

Längsträgerelements 3 aufgebraucht ist und damit eine Last durch die Kollision auf das Anfangsversagenskraftniveau F2 des zweiten Längsträgerelements 5 ansteigen kann und dazu führt, dass auch das zweite Längsträgerelement 5 zu versagen beginnt. Da das zweite Längsträgerelement 5 ebenso wie das erste Längsträgerelement 3 gestaltet ist, versagt das zweite Längsträgerelement 5 in einem weiteren Verlauf im Wesentlichen auf einem Kraftniveau F2\ das ungefähr dem Kraftniveau F1 ^' entspricht.

Alternativ zu dem Ausführungsbeispiel kann das Anfangsversagenskraftniveau F1 des ersten Längsträgerelements 3 auch etwas größer als der weitere

Kraftniveauverlauf FY gewählt sein, solange das Anfangsversangskraftniveau F1 des ersten Längsträgerelements 3 hinreichend kleiner als das

Anfangsversagenskraftniveau F2 des zweiten Längsträgerelements 5 ist. Ebenso ist es möglich, dass das erste Längsträgerelement 3 und das zweite

Längsträgerelement 5 in ihrer Querschnittsform bzw. Wandstärke bzw.

Werkstoffzusammensetzung unterschiedlich ausgeführt sind, so dass sich auch die Kraftniveau Verläufe FT voneinander F2 ^V unterscheiden können.