DE19715069A1 - Querträger für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Querträger für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Querträger entsprechend dem Ober
begriff des Anspruchs 1.
Derartige Querträger erstrecken sich im Rahmen einer Kraftfahr
zeugstruktur unter anderem zwischen den vorderen bzw. A-Säulen und er
füllen - zum Teil herstellerabhängig - unterschiedliche Funktionen.
Sie dienen zum einen im weitesten Sinne als Cockpitträger bzw. als
Halteeinrichtung für zahlreiche Anbauteile, wobei lediglich beispiel
haft die Befestigung von Elementen der Lenksäule, Teile von Airbagsy
stemen, Komponenten von Lüftungs- und/oder Klimatisierungseinrichtun
gen, ein Handschuhfach und gegebenenfalls Schaltungseinrichtungen ge
nannt seien. Sie üben darüber hinaus nach Maßgabe ihrer konstruktiven
Ausbildung auch eine Versteifungsfunktion auf die Fahrzeugstruktur
aus.
Traditionell werden die Querträger häufig als Stahlrohrkonstruktion
ausgebildet, die mit zahlreichen, jeweils individuell auf die anzubin
denden Anbauelemente ausgerichteten Halteelementen verschweißt ist.
Die Halteelemente bestehen ihrerseits wiederum aus miteinander ver
schweißten Einzelelementen, an denen an geeigneter Stelle Verschrau
bungspunkte vorgesehen sind, die hinsichtlich ihrer Lage an die jewei
ligen Anbauelemente angepaßt sind.
Im Zuge politisch motivierter Zielvorgaben betreffend die allgemeine
Weiterentwicklung des Straßenverkehrs hinsichtlich Energie- und Ko
steneinsparungen ist das bekannte Konstruktionselement Querträger -
auch unter Berücksichtigung der Tatsache, daß es sich um ein Zuliefer
bauteil für den Automobilhersteller handelt - unter mehreren Aspekten
als nachteilig anzusehen.
Dieses Konstruktionselement einschließlich der genannten Halteelemente
kann aus Stahl ausgebildet sein. In Abhängigkeit von der jeweiligen
konstruktiven und/oder werkstofflichen Ausbildung kann in diesem Bau
element eine bedeutende Masse verkörpert sein. Die aus Gründen des Um
weltschutzes geforderte Treibstoffeinsparung ist jedoch auch bei Opti
mierung der Motorentechnik eine Massereduzierung der Fahrzeuge voraus.
Aufgrund der zahlreichen Schweißnähte dieses Konstruktionselements be
stehen häufig Probleme, die Verschraubungspunkte mit den Anbauelemen
ten und gegebenenfalls die Verbindungspunkte des Querträgers mit den
genannten A-Säulen nach Maßgabe einer gewünschten geringen Toleranz
bereitzustellen.
Aufgrund der festen Verbindung des Querträgers mit den Halteelementen
bildet dieser ein vergleichsweise sperriges, beim Straßen- oder auch
Schienentransport ein bedeutendes Frachtvolumen beanspruchendes Bau
teil. Von diesen Gegebenheiten gehen naturgemäß nachteilige Folgen für
die Kostensituation bezogen auf das einzelne Konstruktionselement aus.
Entsprechend dem in Teilaspekten herstellerspezifischen Bestimmungs
zweck dieses Konstruktionselements gehen von diesem im Fall eines Sei
tenaufpralls unterschiedliche Wirkungen auf die Integrität der Fahr
zeugstruktur als Ganzes aus. Ist dieses konstruktiv beispielsweise da
hingehend ausgebildet, daß eine wesentliche Versteifungswirkung auf
die Fahrzeugstruktur ausgeübt werden soll, ergibt sich im Fall eines
Seitenaufpralls unter anderem die Wirkung, daß die seitlich in die
Fahrzeugstruktur eingeleiteten Kräfte aufgrund der versteifenden Wir
kung des Querträgers auf die dem Aufprall gegenüberliegende Fahrzeug
seite übertragen werden und auch hier Schäden in der Form von plasti
schen Verformungen auslösen. Hieraus wiederum ergeben sich erhöhte In
standsetzungskosten, da Ausbesserungsarbeiten zwangsläufig beide Sei
ten des Fahrzeugs betreffen. Erhöhte Instandsetzungskosten wirken sich
jedoch zwangsläufig auch als erhöhte Versicherungskosten aus.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Querträger der eingangs be
zeichneten Art mit Hinblick auf Kostenaspekte des Fahrzeugbetriebs und
der Montage sowie mit Hinblick auf Sicherheitsaspekte weiter auszuge
stalten. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem solchen Querträger durch
die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.
Der Querträger ist in wenigstens zwei Teilabschnitte unterteilt, die
untereinander in einer lösbaren Verbindung stehen. Nach Maßgabe der
Unterteilung des Querträgers in Teilabschnitte verbessern sich die
Transportmöglichkeiten des gesamten Konstruktionselements, weil die
Unterteilung auch mit Hinblick auf eine Minimierung des benötigten
Frachtvolumens vorgenommen werden kann. Hieraus wiederum ergeben sich
bedeutende Kostenvorteile.
Der Querträger kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 aus ei
nem Leichtbauwerkstoff ausgebildet sein. Im Regelfall werden hier
Leichtmetallegierungen, z. B. auf Aluminium- oder Magnesiumbasis in Be
tracht kommen. Grundsätzlich können jedoch auch faserverstärkte Kunst
stoffe, z. B. in der Form von kohle- oder glasfaserverstärkten Kunst
stoffen zum Einsatz kommen. Der Verwendungszweck der letztgenannten
Werkstoffe dürfte jedoch aus Kostengründen auf Sonderfälle beschränkt
sein. Unter Berücksichtigung der durch Legierungsbildung erzielbaren
Festigkeitsverhältnisse kann sich bei gleicher Beanspruchbarkeit ge
genüber dem Werkstoff Stahl eine Massereduzierung ergeben, so daß auf
diesem Weg ein Beitrag zur Treibstoffeinsparung für den Betrieb des
jeweiligen Fahrzeugs erreichbar ist. Innerhalb der Gruppe der Leicht
metalle kommen zahlreiche werkstoffliche Varianten in Betracht, wobei
als Basiswerkstoff vorzugsweise Aluminium oder Magnesium zum Einsatz
kommen.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 bestehen gleichermaßen die genann
ten Halteelemente aus einem Leichtbauwerkstoff, der grundsätzlich dem
jenigen des Querträgers entsprechen kann. Es können jedoch im Rahmen
dieser Halteelemente auch solche herkömmlicher Art benutzt werden, die
- ihrerseits aus Einzelelementen zusammengeschweißt sein können. In
diesem Fall muß jedoch durch geeignete Maßnahmen dafür Sorge getragen
werden, daß aus der Verbindung zweier unterschiedlicher Metalle keine
elektrochemisch bedingte Korrosion auftritt.
Dadurch, daß entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 4 das Halteele
ment/die Halteelemente als Gußteile, vorzugsweise als Druckgußteile
ausgebildet sind, entfallen die sich aus einer Anhäufung von Schweiß
nähten ergebenden Toleranzprobleme. Es besteht auf diesem Wege eine
bedeutend verbesserte Möglichkeit, einen mit Halteelementen bestückten
Querträger ohne die Notwendigkeit aufwendiger Nacharbeiten bereitzu
stellen, bei dem somit gewünschte Toleranzen eingehalten sind.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 5 können die genannten Teilab
schnitte des Querträgers und/oder das wenigstens eine Halteelement
auch aus Stahl ausgebildet werden, wobei vorzugsweise ein hochfester
Stahl in Betracht kommt. Auch diese Werkstoffvariante ermöglicht eine
massearme Ausbildung, wenn entweder auf konstruktivem Wege eine bean
spruchungsgerecht ausgebildete Ausführungsform gewählt wird und/oder
wenn durch Verwendung hochfester Stähle eine darüber hinausgehende
weitere Massereduzierung erreicht wird. Grundsätzlich kann somit auch
das Gesamtsystem aus Querträger und Halteelementen aus Stahl bestehen.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 ist der Querträger mit wenigstens
einem, eine begrenzte Verschiebung der Endpunkte desselben in Richtung
seiner Längserstreckung ermöglichenden Konstruktionselement ausgerü
stet, wobei die Verschiebung unter Energieabsorption erfolgt. Der
Zweck dieser Maßnahme besteht darin, im Falle eines Seitenaufpralls
Schadwirkungen auf die Unfallseite zu beschränken, soweit durch die
sauf der Unfallseite in die Fahrzeugstruktur eingeleiteten Kräfte und
Momente der konstruktiv vorgegebene maximale Verschiebeweg nicht über
schritten wird. Es ist dieses Konstruktionselement mit Hinblick auf
die Umsetzung einer definierten kinetischen Energie ausgelegt, die bei
einem Seitenaufprall unter ebenfalls definierten Bedingungen zwangs
läufig umgesetzt wird. Sind diese Bedingungen erfüllt, sind Instand
setzungsarbeiten zur Behebung der Unfallfolgen auf die Unfallseite des
Fahrzeugs beschränkt, wohingegen die der Unfallseite gegenüberliegende
Fahrzeugseite im wesentlichen unbeschädigt bleibt. Der konstruktiv
vorgegebene Verformungsweg muß natürlich auch unter Berücksichtigung
der erforderlichen Personensicherheit gewählt werden. Soweit das Kon
struktionselement zur irreversiblen Energieumsetzung entlang eines
vorgegebenen Wegelements geeignet ist, ist dessen genaue konstruktive
Ausbildung grundsätzlich beliebig.
Ein rohrförmiger Grundkörper für den Querträger entsprechend den Merk
malen des Anspruchs 7 wird im Regelfall in Betracht kommen. Es sind
jedoch durchaus auch andere Querschnittsformen denkbar.
Entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 8 und 9 besteht das zur Ener
gieabsorption benutzte Konstruktionselement aus zwei Teilen, die rela
tiv zueinander nach Maßgabe eines definierten Wegelements unter Ener
gieabsorption verschiebbar sind, wobei die genannten Teile mit den
Teilabschnitten des Querträgers in unmittelbarer Verbindung stehen.
Die im Falle eines Seitenaufpralls in das Konstruktionselement einge
brachte kinetische Energie wird hierbei irreversibel in Verformungs
energie umgesetzt, d. h. zur teilweisen plastischen Verformung der ge
nannten Teile.
Es ist dieses Konstruktionselement im übrigen derart beschaffen, daß
nach Durchlaufen des genannten Wegelements eine weitere plastische
Verformung nicht möglich ist, so daß sich der Querträger im Falle ei
ner weiteren Energieumsetzung am Ende dieses Wegelements nunmehr wie
ein in sich starrer Körper verhält. Die konstruktive Ausbildung eines
solchen Konstruktionselements kann nach an sich bekannten, hier nicht
näher zu erörternden Prinzipien erfolgen.
Es kann das genannte, der Energieabsorption dienende Konstruktionsele
ment entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 10 auch als Soll-Verfor
mungsstelle des Querträgers ausgebildet sein, die eine definierte Ver
formung nach Maßgabe eines vorgegebenen Wegelements zuläßt.
Vorzugsweise ist das genannte Konstruktionselement entsprechend den
Merkmalen des Anspruchs 11 in einem mittigen Bereich des Querträgers
angeordnet. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß im Falle eines Sei
tenaufpralls Verschiebebewegungen auf den der Unfallseite zugekehrten
Seitenabschnitt des Querträgers beschränkt bleiben, wobei die übrigen
Abschnitte/der übrige Abschnitt des Querträgers ihre/seine Seitenposi
tion nicht verändern/verändert. Auf diesem Wege wird zumindest die
Seitenposition des Airbagsystems, welches sich auf der der Unfallseite
gegenüberliegenden Seite befindet, nicht verändert und es behält die
ses weiterhin seine, an eine optimale Sicherungswirkung angepaßte Po
sition bei.
Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 12 sind die lösbaren Verbin
dungen der Teilabschnitte des Querträgers als Steckverbindungen ausge
bildet, in die beispielsweise durch eine entsprechende umfangsseitige
Profilierung eine Verdrehsicherung integriert sein kann. Zusätzlich
ist die Einsteckposition der Teilabschnitte des Querträgers durch eine
Verschraubung gesichert. Darüber hinaus ist anstelle einer Verschrau
bungssicherung auch eine Verrastungssicherung denkbar.
Durch die Erfindung ist somit ein Querträger gegeben, der sich durch
eine relativ geringe Masse auszeichnet und bei dem aufgrund seiner Un
terteilung in Teilabschnitte das erforderliche Frachtvolumen und auf
diesem Wege die durch einen Straßen- oder Schienentransport veranlaß
ten Kosten in Grenzen gehalten werden können.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das zeichnerische
Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt einen sogenannten A-Säulen-Querträger 1, dessen
einander gegenüberliegende Enden 2, 3 zur Anbringung an den genannten
A-Säulen, somit vertikalen Tragelementen einer Kraftfahrzeugstruktur
bestimmt und ausgestaltet sind.
Entsprechend diesem Zweck erstreckt sich dieser Querträger 1 im we
sentlichen in der Höhe der Unterkante der vorderen Windschutzscheibe
des Kraftfahrzeugs und dient als Träger für zahlreiche, mit dem Be
trieb des Kraftfahrzeugs zusammenhängende Funktionselemente. Der Quer
träger 1 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel rohrartig ausgebil
det und entsprechend seinem Bestimmungszweck mit zahlreichen, der Be
festigung der genannten Funktionselemente dienenden Halteelementen
ausgerüstet. Lediglich beispielhaft und ohne Anspruch auf Vollstän
digkeit sei auf ein Halteelement 4 zur Anbringung des Zentralrohrs der
Lenksäule, auf Halteelemente 5 zur Anbindung der Mittelkonsole des
Fahrzeugs sowie auf an der Stelle 6 befindliche Halteelemente zur An
bringung von Funktionselementen eines Beifahrer-Airbagsystems sowie
eines Handschuhfachs hingewiesen. Darüber hinaus dient der Querträger
in zeichnerisch nicht dargestellter Weise der Anbindung von Funktions
elementen der Innenraumbelüftung und/oder Klimatisierung, worauf je
doch im folgenden nicht näher eingegangen werden soll.
Der Querträger 1 einschließlich sämtlicher Halteelemente besteht er
findungsgemäß aus einem Leichtmetall bzw. einer Leichtmetallegierung,
insbesondere einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung. Auch unter Be
rücksichtigung der unterschiedlichen Festigkeitsverhältnisse zwischen
diesen Leichtmetallen und dem bisher für den Querträger benutzten
Stahl ergibt sich bei unveränderter Belastbarkeit dieses Bauteils die
Möglichkeit einer bedeutenden Massereduzierung. Die genannten Halte
elemente können sämtlich als Druckgußelemente ausgebildet sein, die
werkstofflich dem Querträger 1 entsprechen und mit diesem in lösbarer
Verbindung stehen.
Grundsätzlich kann das System am Querträger 1 und Halteelementen, je
doch auch aus Stahl, insbesondere hochfestem Stahl bestehen.
Der Querträger 1 ist in zwei oder auch drei Abschnitte unterteilt, die
untereinander in einer in geeigneter Weise unverdrehbar ausgebildeten
Steckverbindung stehen, die darüber hinaus durch Verschraubung gesi
chert ist. Die Plazierung der auf diese Weise notwendigen Trennstellen
entlang des Querträgers 1 kann nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten er
folgen und sollte unter anderem mit Hinblick auf den Platzbedarf für
den Transport der Teilabschnitte gewählt werden, insbesondere dahinge
hend, daß ein für den Transport mittels eines Straßen- oder Schienen
fahrzeugs gegebenes Frachtvolumen optimal nutzbar ist.
Der Querträger 1 ist vorzugsweise in einem mittigen Bereich, somit an
einer Stelle 7 in geeigneter Weise dahingehend ausgebildet, daß eine
in Längsrichtung, somit parallel zu den Pfeilen 8 auf diesen einwir
kende Kraft, die z. B. als Folge eines Seitenaufpralls auftreten kann,
an dieser Stelle zu definierten Verformungen führt, so daß zumindest
ein Teil der über den Seitenaufprall aufgenommenen kinetischen Energie
irreversibel in Verformungsenergie umgesetzt wird. Praktisch kann dies
durch eine an der Stelle 7 für diesen Zweck vorbereitete besondere Ge
staltung des Querträgers erfolgen. Besonders vorteilhaft, insbesondere
mit Hinblick auf definierte Verformungswege und Verformungsenergien
ist jedoch die Anbringung eines besonderen Energieabsorptionselements
an dieser Stelle. Als ein solches Energieabsorptionselement kann jedes
System eingesetzt werden, welches aus zwei, unter Energieabsorption
relativ zueinander bewegbaren Teilen besteht, deren eines an dem einen
Teil des Querträgers und deren anderes Teil an den jeweils anderen
Teil des Querträgers angebracht ist.
Der Querträger 1 übt somit zwar global eine versteifende Wirkung auf
die Fahrzeugstruktur aus - er ist jedoch hinsichtlich seiner Fähigkeit
zur Längskraftaufnahme gleichzeitig dahingehend ausgebildet, daß ein
Seitenaufprall, dessen Energieumsatz unterhalb eines definierten Wer
tes liegt, lediglich zu einer Verschiebung des einen Teils des Quer
trägers 1 gegenüber dem anderen Teil führt, welch letzterer seine Lage
somit nicht verändert. Der maximal mögliche Verschiebungsweg ist hier
bei über das Energieabsorptionselement konstruktiv vorgegeben, wobei
dieses Element im übrigen derart ausgestaltet ist, daß erst nach
Durchlaufen dieses Verschiebungsweges der Querträger 1 als nunmehr
starrer Körper fungiert. Im Vergleich zu einer a priori starren Aus
bildung des Querträgers bedeutet dies, daß im Fall eines Seitenauf
pralls die auf die Fahrzeugstruktur seitlich übertragenen Kräfte
Schadwirkungen auf lediglich einer Seite des Fahrzeugs zur Folge ha
ben, solange der maximal vorgegebene Verschiebungsweg des Energieab
sorptionselements noch nicht durchlaufen ist. Dies bedeutet auch, daß
Instandsetzungskosten zur Behebung der Unfallfolgen auf die Kosten
solcher Instandsetzungstätigkeiten beschränkt werden können, die sich
auf die Beseitigung der Schäden der Unfallseite beziehen. Der über das
Energieabsorptionselement vorgegebene Verschiebungsweg ist hierbei na
turgemäß derart bemessen, daß die Sicherheit der Fahrzeuginsassen
nicht beeinträchtigt wird.
Eine mittige Lage dieses Energieabsorptiosnelements bzw. der Soll-Ver
formungsstelle des Querträgers ist gewählt, um sicherzustellen, daß
die exakte Positionierung eines Airbagsystems im Falle eines Seiten
aufpralls zumindest für die der Unfallseite gegenüberliegende Seite
des Fahrzeugs nicht verändert wird.
In dem erfindungsgemäßen Querträger steht somit für den Kraftfahrzeug
bau ein Konstruktionselement zur Verfügung, welches dem Bedürfnis nach
Massereduzierung, niedrigen Handhabungs- und Transportkosten und einem
erhöhten Sicherheitsstandard Rechnung trägt. Die Integration sämtli
cher dieser Eigenschaften wird sowohl durch konstruktive Maßnahmen als
auch durch die zweckentsprechende Wahl eines Werkstoffs erreicht.
Claims (12)
1. Querträger (1) zwischen zwei seitlichen Randbereichen einer Fahr
zeugstruktur mit wenigstens einem Halteelement (4, 5) zur Anbindung
von Fahrzeugfunktionselementen,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Querträger (1) in wenigstens zwei, miteinander lösbar in Verbindung stehende Teilabschnitte unterteilt ist.
2. Querträger (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Teilabschnitte aus einem Leichtbauwerkstoff, z. B. aus ei nem Leichtmetall, einer Leichtmetallegierung oder einem faserver stärktem Kunststoff bestehen.
3. Querträger (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das wenigstens eine Halteelement (4, 5) aus einem Leichtbau werkstoff, z. B. einem Leichtmetall, einer Leichtmetallegierung oder einem faserverstärktem Kunststoff besteht.
4. Querträger (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das wenigstens eine Halteelement (4, 5) als Gußteil, insbe sondere als Druckgußteil aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetallegierung besteht.
5. Querträger (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Teilabschnitte und/oder das wenigstens eine Halteelement (4, 5) aus Stahl, insbesondere einem hochfesten Stahl bestehen.
6. Querträger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
gekennzeichnet durch
- - wenigstens ein, eine Verschiebung der Enden (2, 3) relativ zuein ander nach Maßgabe eines definierten Wegelementes ermöglichendes Konstruktionselement,
- - wobei sich das Wegelement in Längsrichtung des Querträgers (1) erstreckt und
- - wobei die Verschiebung unter Energieabsorption erfolgt.
7. Querträger (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch
- - einen rohrartigen Grundkörper.
8. Querträger (1) nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Konstruktionselement ein aus zwei, relativ zueinander un ter Aufwendung einer definierten Energie verschiebbaren Teilen bestehendes Absorptionselement ist und
- - daß die Teile des Absorptionselementes an jeweils miteinander zu verbindenden und einander zugekehrten Enden zweier Teilabschnitte des Querträgers (1) angeordnet sind.
9. Querträger (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die genannten Teile unter Aufwendung von Verformungsenergie relativ zueinander verschiebbar sind.
10. Querträger (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Konstruktionselement als eine Soll-Verformungsstelle des Querträgers (1) ausgebildet ist.
11. Querträger (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das Konstruktionselement in einem mittigen Bereich des Quer trägers angeordnet ist.
12. Querträger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die Teilabschnitte in einer steckbaren, verdrehsicheren Ver bindung stehen und
- - daß die Verbindung durch eine Verschraubung oder in sonstiger Weise gesichert ist.
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