DE102005043698A1

DE102005043698A1 - Seitenschweller einer Kraftwagenkarosserie

Info

Publication number: DE102005043698A1
Application number: DE200510043698
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Bechtold; Martin Dipl.-Ing. Brodt (FH); Ralf Dipl.-Ing. Mehrholz
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Seitenschweller einer Kraftwagenkarosserie mit einem aus wenigstens zwei Teilschalen (12, 14) zusammengesetzten Kastenprofil (10), welches im Bereich der Fahrgastzelle durch ein Strukturteil (18) verstärkt ist, wobei das Strukturteil (18) mit dem Kastenprofil fest verbunden ist. Das Strukturteil (18) umfasst ein faserverstärktes Kunststoffteil (22), welches zumindest an einer der Teilschalen (12, 14) des Kastenprofils (10) abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Seitenschweller einer Kraftwagenkarosserie mit einem aus wenigstens zwei Teilschalen zusammengesetzten Kastenprofil der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Aus DE 197 08 215 C2 ist bereits ein derartiger Seitenschweller als bekannt zu entnehmen, der ein aus zwei Teilschalen zusammensetzbares Kastenprofil umfasst. Im Bereich der Fahrgastzelle ist dieses Kastenprofil durch ein Leichtmetall-Strangpressteil verstärkt, welches innerhalb des Hohlraums des Kastenprofils eingesetzt ist. Das Verstärkungsprofil ist dabei über Klebeverbindungen innerhalb des Kastenprofils gehalten.

Als nachteilig bei dem vorliegenden Verstärkungsprofil ist der Umstand anzusehen, dass dieses aus einem Aluminium-Strangpressprofil gestaltet ist und demgemäß nur eine einheitlich durchlaufende Querschnittsform umfassen kann, welche darüber hinaus – trotz der Verwendung eines Leichtmetalls – aufgrund der Mindestwandstärken beim Strangpressen relativ schwer ausgebildet sein muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Seitenschweller der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass das Strukturteil zur Verstärkung des Kastenprofils flexibler einsetzbar und gewichtsgünstiger hergestellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Seitenschweller mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen beschrieben.

Bei dem Seitenschweller nach der Erfindung umfasst das Strukturteil ein faserverstärktes Kunststoffteil, welches zumindest an einer der Teilschalen des ersten Kastenprofils abgestützt ist. Ein derartiges faserverstärktes Kunststoffteil hat zunächst den Vorteil, dass es auf einfache Weise an unterschiedliche Formen – insbesondere auch im Längenverlauf des Seitenschwellers – angepasst werden kann. So kann beispielsweise auf einfache Weise ein faserverstärktes Kunststoffteil geschaffen werden, welches im Längenverlauf des Seitenschwellers bereichsweise eine größere Materialdicke und einen größeren Profilquerschnitt aufweisen kann als in anderen Bereichen. Im Seitenschwellerbereich unterhalb einer Seitentür kann somit beispielsweise eine relativ steife Verstärkung geschafft werden, welche die Intrusion eines Gegenstands beim Aufprall des Kraftwagens auf ein Hindernis wirkungsvoll vermeidet. Im Anschlussbereich der Karosseriesäulen zum Seitenschweller hin kann hingegen das Strukturteil schwächer ausgestaltet werden, da hier erfahrungsgemäß die Gefahr von Intrusionen von Gegenständen in die Fahrgastzelle hinein eher gering ist.

Zudem weist ein faserverstärktes Kunststoffteil eine äußerst hohe Steifigkeit bei sehr geringem Gewicht auf, wobei sich ein derartiges Material auf relativ einfache Weise mit Blechbauteilen, wie beispielsweise den Teilschalen des Kastenprofils verbinden lässt. Auch hinsichtlich der Wärmeausdehnung weist ein faserverstärktes Kunststoffteil ähnliche Materialeigenschaften wie ein Blechschalenteil auf, so dass diese Bauteile ohne Bedenken aneinander befestigt werden können.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, das Strukturteil innerhalb des Kastenprofils des Seitenschwellers anzuordnen. Hier ist eine hervorragende Befestigung des faserverstärkten Kunststoffteils an den vorzugsweise aus einem Metallblech gestalteten Teilschalen möglich, wodurch insgesamt ein sehr torsions- und biegesteifes Kastenprofil geschaffen werden kann. Insbesondere hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, das Strukturbauteil innerhalb des Kastenprofils an beiden Teilschalen abzustützen. Somit ist eine optimale Übertragung von Kräften zwischen den beiden Teilschalen möglich, und zwar sowohl zur fahrbetriebsbedingten wie auch zur unfallbedingten Versteifung des Seitenschwellers.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, das Strukturteil außerhalb des Kastenprofils anzuordnen und damit mindestens eine der beiden Teilschalen des Kastenprofils zu verstärken. Da faserverstärkter Kunststoff erfahrungsgemäß keiner Korrosion und relativ wenig altersbedingtem Verschleiß unterliegt, kann das Strukturteil ohne weiteres auch auf der Außenseite des Kastenprofils angeordnet werden. Hierdurch kann beispielsweise ein weiteres Kastenprofil durch eine der Teilschalen und das faserverstärkte Kunststoffteil gebildet werden, wodurch sich eine verbesserte Versteifung des Seitenschwellers ergibt.

Das Strukturbauteil kann sowohl außerhalb wie auch innerhalb des Kastenprofils angeordnet sein. Die außerhalb und innerhalb des Kastenprofils angeordneten Teile des Strukturbauteils können dabei an Verbindungsstellen unmittelbar miteinander verbunden sein.

Das Strukturteil kann auch als Hybridbauteil ausgebildet sein, welches neben dem faserverstärkten Kunststoffteil wenigstens ein Verstärkungsteil aus einer Metalllegierung umfasst. Da – wie oben bereits erwähnt – ein Metallteil und ein faserverstärktes Kunststoffteil insbesondere hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnung, ähnliche Materialeigenschaften aufweisen, können die beiden Bauteile unterschiedlichen Werkstoffs ohne weiteres miteinander verbunden werden. Die beiden Bauteile können zudem durch entsprechende Dimensionierung so aneinander angepasst werden, dass erwünschte Deformationsreihenfolgen beispielsweise bei einem Seitenaufprall auf den Schweller erreicht werden können.

Zudem hat es sich als vorteilhaft gezeigt, das Strukturteil im Querschnitt formschlüssig innerhalb des Kastenprofils anzuordnen. Hierdurch ergibt sich eine besonders steife und belastbare Anbindung des Strukturteils an das Kastenprofil.

Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, das Strukturteil über die gesamte Länge der Fahrgastzelle verlaufen zu lassen. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine Intrusion eines Gegenstands bei einem Seitenaufprall wirkungsvoll über die gesamte Länge der Fahrgastzelle vermieden werden kann.

Im Bereich von besonders belasteten Stellen, wie beispielsweise der Wagenheberaufnahme oder dergleichen kann das faserverstärkte Strukturteil nochmals besonders verstärkt sein.

Neben der Aussteifung des Kastenprofils über ein faserverstärktes Kunststoffteil hat es sich schließlich als vorteilhaft gezeigt, dieses über eine Wabenstruktur oder ein Holz zusätzlich lokal auszusteifen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
1 jeweils einen Querschnitt durch den Seitenschweller gemäß der Erfindung, innerhalb dessen Kastenprofil ein Strukturteil in drei verschiedenen Ausführungsformen angeordnet ist;
2 einen Querschnitt durch den Seitenschweller, dessen eine Teilschale durch ein außenseitig angebrachtes Strukturteil verstärkt ist;
3 jeweils im Querschnitt den Seitenschweller, welcher sowohl innerhalb wie auch außerhalb des Kastenprofils angeordnete Strukturteile umfasst; und in
4 einen Querschnitt durch den Seitenschweller, der mit einer lokalen Aussteifung versehen ist.
In 1 ist in schematischer Schnittansicht entlang einer vertikal in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Schnittebene ein Seitenschweller einer Kraftwagenkarosserie dargestellt, dessen Kastenprofil 10 eine äußere Teilschale 12 und eine innere Teilschale 14 aufweist. Die beiden Teilschalen 12, 14 bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Metallblech, insbesondere aus einer Stahl- oder Aluminiumlegierung und sind über jeweils eine Flanschverbindung 16 miteinander verbunden. Die Flanschverbindung 16 verläuft dabei in Fahrzeuglängsrichtung und vertikal über die gesamte Länge des Kastenprofils 10, wobei die beiden Teilschalen 12, 14 vorzugsweise über eine Punktschweißverbindung oder eine Klebverbindung aneinander befestigt sind. Im Bereich der Fahrgastzelle des Kraftwagens ist das Kastenprofil 10 durch ein Strukturteil 18 verstärkt, welches in den drei Ausführungsbeispielen gemäß 1 innerhalb des Kastenprofils 10 angeordnet ist. Im ersten Ausführungsbeispiel ist das Strukturteil 18 als einteiliges faserverstärktes Kunststoffteil ausgebildet, welches im Querschnitt die Form eines sogenannten Doppel-T-Trägers aufweist. Das Strukturteil 18 stützt sich dabei mit seinen beiden Gurten 20 an der jeweils zugehörigen Teilschale 12, 14 flächig ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Strukturteil 18 innerhalb des Kastenprofils 10 eingeklebt. Gleichfalls wäre es jedoch auch denkbar lediglich einen der beiden Gurte 20 an einer der beiden Teilschalen 12, 14 beispielsweise mittels einer Klebverbindung festzulegen.
Bei den beiden weiteren Ausführungsbeispielen gemäß 1 ist das Strukturteil 18 als sogenanntes Hybridbauteil ausgebildet, welches neben einem faserverstärkten Kunststoffteil 22 ein Verstärkungsteil 24 aus einem Metallblech umfasst. Das Kunststoffteil 22 und das Verstärkungsteils 24 sind im Wesentlichen U-förmig gestaltet und umfassen einen gegenseitigen Anlagebereich 26, in welchem das Kunststoffteil 22 und das Verstärkungsteil 24 flächig aneinander anliegen. Der Anlagebereich kann beispielsweise mit einer Klebverbindung versehen sein, so dass die beiden Teile 22, 24 fest miteinander verbunden sind. Gleichfalls ist es jedoch auch denkbar, dass sich die beiden Teile 22, 24 im Anlagebereich 26 nur gegeneinander abstützen. Beide Teile 22, 24 umfassen jeweils Flanschabschnitte 28, welche an Eckbereichen des Kastenprofils 10 bzw. der beiden Teilschalen 12, 14 beispielsweise mittels einer Klebverbindung oder einer Schweißverbindung befestigt sind. Es ist erkennbar, dass das aus den beiden Teilen 22, 24 gebildete Strukturteil 18 im vorliegenden mittleren Ausführungsbeispiel von 1 im Querschnitt formschlüssig innerhalb des Kastenprofils 10 gehalten ist. Mit anderen Worten kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel – im Querschnitt gesehen – das Strukturteil 18 weder in Fahrzeughoch- noch in Fahrzeugquerrichtung bewegt werden. Über die Klebverbindungen zwischen den Flanschabschnitten 28 und der jeweils zugehörigen Teilschale 12, 14 wird eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Strukturteil 18 und dem Kastenprofil 10 geschaffen, so dass das Strukturteil 18 nicht in Fahrzeuglängsrichtung innerhalb des Kastenprofils 10 bewegt werden kann. Gleichfalls wäre es jedoch auch denkbar, im Bereich der Flanschabschnitte 28 keine Verbindung zwischen dem Strukturteil 18 und dem Kastenprofil 10 vorzusehen. Im gegenseitigen Anlagebereich 26 kann das faserverstärkte Kunststoffteil 22 und das metallische Verstärkungsteil 24 formschlüssig miteinander verbunden sein. Hierdurch wird insbesondere eine Verschiebung der beiden Teile 22, 24 in Fahrzeugslängsrichtung gegeneinander – beispielsweise bei einem Frontalsaufprall des Kraftwagens – vermieden.
Die rechts in 1 dargestellte dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der mittleren Ausführungsform durch die alternative Gestaltung des faserverstärkten Kunststoffteils 22. Demgemäß ist das faserverstärkte Kunststoffteil 22 vorliegend als im Querschnitt rechteckförmiges Kastenprofil ausgebildet, welches an der zugehörigen Teilschale 12 des Kastenprofils 10 beispielsweise über eine Klebverbindung oder Schraubverbindung festgelegt ist.
In 2 ist in einem Querschnitt gemäß 1 eine alternative Ausführungsform des Seitenschwellers dargestellt, bei der das faserverstärkte Kunststoffteil 22 außerhalb des Kastenprofils 10 angeordnet ist. Dabei ist das Kunststoffteil 22 an der äußeren, in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Bereitseite der äußeren Teilschale 12 beispielsweise mittels einer Klebverbindung oder einer Schraubverbindung befestigt. Die äußere Teilschale 12 und das faserverstärkte Kunststoffteil 22 bilden somit ein weiteres Kastenprofil 30, welches außenseitig des Kastenprofils 12 angeordnet ist.
Bei den beiden Ausführungsformen gemäß 3, welche den Seitenschweller im Querschnitt gemäß den 1 und 2 zeigt, umfasst das Strukturteil 18 mehrere faserverstärkte Kunststoffteile 22, die sowohl außerhalb wie auch innerhalb des Kastenprofils 10 angeordnet sind. Im linken Ausführungsbeispiel von 3 sind beide in Fahrzeughochrichtung verlaufende Breitseiten der jeweiligen Teilschalen über ihre gesamte Höhe mit dem flächig anliegenden faserverstärkten Kunststoffteil 22 versehen. Dabei kann das Kunststoffteil 22 beidseitig mittels einer Klebverbindung an der Breitseite der jeweiligen Teilschale 12, 14 fixiert sein. Im rechten Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist an der innenseitigen Breitseite der inneren Teilschale 14 das Kunststoffteil 22 flächig befestigt. Außenseitig der Breitseite der äußeren Teilschale 12 ist das Kunststoffteil 22 entsprechend der Ausführungsform gemäß 2 festgelegt.
Schließlich zeigt 4 einen Querschnitt durch den Seitenschweller gemäß den 1 bis 3, wobei eine lokale Aussteifung 32 in Form einer Wabenstruktur oder eines Holzes, insbesondere eines Balsaholzes, vorgesehen ist. Die lokale Aussteifung kann beispielsweise an hochbelasteten Stellen des Seitenschwellers angeordnet sein, wie beispielsweise der Wagenheberaufnahme oder der Anbindungsstelle von Fahrwerksgliedern oder dergleichen. Die lokale Aussteifung 32 kann dabei mit den beiden in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Breitseiten der Teilschalen 12, 14 fest verbunden sein.
Als im Rahmen der Erfindung mitumfasst ist es zu betrachten, dass die hier gezeigten faserverstärkten Kunststoffteile 22 auch in anderen Kombinationen miteinander innerhalb und außerhalb des Kastenprofils 10 angeordnet sein können.
Das faserverstärkte Kunststoffteil 22 besteht vorzugsweise aus folgenden Kunststoffen: GFK, CFK, AFK, SMC, GMTex, oder einem ähnlichen Material.

Claims

Seitenschweller einer Kraftwagenkarosserie mit einem aus wenigstens zwei Teilschalen (12, 14) zusammengesetzten Kastenprofil (10), welches im Bereich der Fahrgastzelle durch ein Strukturteil (18) verstärkt ist, wobei das Strukturteil (18) mit dem Kastenprofil (10) fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (18) ein faserverstärktes Kunststoffteil (22) umfasst, welches zumindest an einer der Teilschalen (12, 14) des Kastenprofils (10) abgestützt ist.
Seitenschweller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (18) innerhalb des Kastenprofils (10) des Seitenschwellers angeordnet ist.
Seitenschweller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (18) innerhalb des Kastenprofils (10) an beiden Teilschalen (12, 14) abgestützt ist.
Seitenschweller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (18) außerhalb des Kastenprofils (10) des Seitenschwellers angeordnet ist.
Seitenschweller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (18) mit einer der Teilschalen (12, 14) des Kastenprofils (10) ein weiteres Kastenprofil (30) ausbildet.
Seitenschweller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (18) außerhalb und innerhalb des Kastenprofils (10) des Seitenschwellers angeordnet ist.
Seitenschweller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an eine in Fahrzeughochrichtung verlaufende Breitseite wenigstens einer der Teilschalen (12, 14) ein faserverstärktes Kunststoffteil (22) flächig anliegt.
Seitenschweller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (18) als Hybridbauteil ausgebildet ist, welches neben dem faserverstärkten Kunststoffteil (22) wenigstens ein Verstärkungsteil (24) aus einer Metalllegierung umfasst.
Seitenschweller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das faserverstärkte Kunststoffteil (22) und das Verstärkungsteil (24) in einem gegenseitigen Anlagebereich (26) formschlüssig miteinander verbunden sind.
Seitenschweller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (18) im Querschnitt formschlüssig innerhalb des Kastenprofils (10) gehalten ist.
Seitenschweller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (18) mit Flanschabschnitten (28) an Eckbereichen des Kastenprofils (10) befestigt ist.
Seitenschweller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturteil (18) über die gesamte Länge der Fahrgastzelle des Kraftwagens verläuft.
Seitenschweller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Kastenprofils (10) eine lokale Aussteifung (32) aus einer Wabenstruktur, einem Holz oder dgl. vorgesehen ist.