DE102007038087A1

DE102007038087A1 - Seitenwand einer Kfz-Karosserie

Info

Publication number: DE102007038087A1
Application number: DE200710038087
Authority: DE
Inventors: Günter Geißler; Jens Hartmann; Hans-Joachim Patschicke; Ralph Stenger
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-08-11
Filing date: 2007-08-11
Publication date: 2009-02-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Seitenwand (1) einer Kraftfahrzeugkarosserie, mit einem Außenblech (2), einem Innenblech (3) und einer dazwischen angeordneten Verstärkung (4) aus einem faserverstärkten Kunststoff, wobei die Verstärkung eine ringförmig geschlossene Struktur ist, deren äußere Form sich an den Umfang der Seitenwand anlehnt.

Description

Die Erfindung betrifft eine in Schalenbauweise hergestellte Seitenwand einer Kraftfahrzeugkarosserie.
Von Serienfahrzeugen her ist es bekannt, für einen verbesserten Aufprallschutz derartige Seitenwände mit metallischen Verstärkungen auszustatten, die zwischen dem Außenblech und dem Innenblech angeordnet sind. Für Strukturknoten ist der Einsatz von Kunststoff ebenfalls bekannt. Mit den Verstärkungen wird die Seitenwand lediglich lokal verstärkt, um die dadurch bedingte Erhöhung des Fahrzeuggewichts in Grenzen zu halten. Mehr Verstärkungen oder größere Verstärkungen bedeuten stets ein größeres Fahrzeuggewicht.
Es ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung, eine gängige Seitenaufpralltests nach EuroNCAP und dergleichen erfüllende Seitenwand bereitzustellen, die ein geringeres Gewicht hat.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Seitenwand bereitzustellen, die sich im Automobilwerk schneller montieren lässt.
Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausführungsformen ergeben sich mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft die Seitenwand einer Kraftfahrzeugkarosserie. Diese besitzt ein Außenblech, ein Innenblech und eine dazwischen angeordnete Verstärkung aus einem faserverstärktem Kunststoff. Die Verstärkung ist eine ringförmig geschlossene Struktur, deren äußere Form sich an den Umfang der Seitenwand anlehnt.
Die genannte Ausführungsform schlägt demgemäß vor, für die Seitenwand eine groß dimensionierte Verstärkung aus einem faserverstärktem Kunststoff mit einer ringförmig geschlossenen Struktur vorzusehen. Zwecks Befriedigung der gesetzlichen Bestimmungen und der einschlägigen Seitenaufpralltests, z. B. nach EuroNCAP, LinCAP etc., bedeutet dies also, dass es sich bei der vorgeschlagenen Verstärkung nicht etwa um eine punktuelle bzw. lokale Verstärkung handelt. Vielmehr handelt es sich um eine einzige, räumlich ausgedehnte Verstärkung, deren konkrete Form und Ausgestaltung an das jeweilige Fahrzeugmodell angepasst ist. Für die konkrete Ausbildung einer derartigen Verstärkung kann der Fachmann auf die in der Automobilbranche gemachten Erfahrungen mit (lokalen) Verstärkungen für Kfz-Karosserien zurückgreifen.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Seitenwand mit einer derartigen Verstärkung insgesamt leichter ausfällt als eine Seitenwand mit einer Mehrzahl lokaler Verstärkungen aus Metall oder Kunststoff. Grund ist, dass aufgrund der räumlichen Ausdehnung der Verstärkung diese pro Flächeneinheit leichter ausfallen kann und andererseits die Wandstärke von Außen- und/oder Innenblech abgesenkt werden kann. Diese Gewichtsersparnis überkompensiert den Gewichtszuwachs durch eine einzige größere Verstärkung.
Die vorgeschlagene Ausführungsform vereinfacht und beschleunigt den Bau einer Seitenwand, da Letztere insgesamt weniger Verstärkungen benötigt, die bei der Montage zusammengefügt oder angebracht werden müssen.
Bei der Neuauslegung einer Seitenwand der vorgeschlagenen Art wird nicht nur die mechanische Belastbarkeit einer ausgewählten Stelle der Seitenwand isoliert betrachtet, sondern wird die Seitenwand als Ganzes gesehen. Dieser neue Ansatz berücksichtigt, dass im Fall eines Seiten- oder Frontalaufpralls die Fahrzeuginsassen letztlich durch alle Stellen der Seitenwand in ihrer Gesamtheit und damit auch in ihrem Zusammenwirken geschützt werden müssen. Der neue Ansatz ermöglicht eine gezielte Schwachstellenanalyse der Seitenwandstruktur zwecks einer topologischen Optimierung. Dies ist zunehmend weniger aufwendig als eine koordinierte Optimierung einzelner lokaler Seitenwandbereiche.
Die vorgeschlagene Seitenwand verbessert für die gesamte Karosserie die laterale Biegesteifigkeit, bietet Verbesserungen für den statischen Lastfall und zeigt ein verbessertes Verhalten bei einem Frontalaufprall des Fahrzeugs.
Gemäß einer weiten Ausführungsform besitzt die Verstärkung für die B-Säule einen zusätzlichen Vertikalabschnitt.
Bei dieser Variante ist die Verstärkung zunächst ein Ring vom horizontalen schwellernahen Bereich hoch zur A-Säule, entlang des Dachlängsträgers und über die C-Säule zurück nach unten. Der Begriff ringförmig ist großzügig auszulegen im Sinne einer allgemein geschlossenen Struktur und ist nicht etwa im mathematischen Sinn als Kreisring mit konstantem Radius zu verstehen. Der Vertikalabschnitt wird Teil der B-Säule und ist oben und unten mit dem Ring verbunden.
Gemäß einer weiteren Verstärkung ist für die Seitenwand genau eine Verstärkung vorgesehen. Bei dieser Wahl wird die gesamte Aussteifung der Seitenwand von der genannten Verstärkung geleistet. Hierbei wird die Seitenwand stark modular im Charakter, wodurch die Montage unter Kostenreduzierung vereinfacht und beschleunigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Verstärkung mehrstückig ausgebildet. Bei der Herstellung werden insofern mehrere Teilen zu einer Einheit zusammengesetzt und z. B. zusammengesteckt. Die Teile werden hierbei ggf. miteinander verklebt. Zumindest aber wird die Verstärkung mit den Blechteilen verklebt, in der Regel mit einem Strukturschaum, wie er bereits bei lokalen Kunststoffverstärkungen eingesetzt wird.
Die mehrstückige Ausbildung erleichtert zunächst die kunststofftechnische Herstellung mit bestehenden Anlagen, weil nur kleinere und damit leichter handhabbare Abschnitte hergestellt werden müssen.
Weiterhin können bei diesem Ansatz einzelne Teile der mehrstückigen (Seitenwand-)Verstärkung als Gleichteile für verschiedene Fahrzeugmodelle eingesetzt werden. Ist beispielsweise eine Verstärkung für eine Limousine vorhanden, so besteht für die Kombivariante dieses Fahrzeugs nur noch ein Anpassungsbedarf für den hinteren Seitenwandbereich der Verstärkung. Die vorderen Teile der Verstärkung können dann übernommen werden.
Die mehrstückige Ausbildung der Seitenwand erleichtert ferner bei einem global tätigen Automobilunternehmen die Anpassung der Verstärkung auf die unterschiedlichen nationalen Erfordernisse wie nationale Rechtsvorschriften bzgl. eines Aufprallschutzes sowie die Einhaltung von nationalen Industriestandards, im letztgenannten Fall beispielsweise die Einhaltung von Tests nach LinCAP, EuroNCAP etc..
In einer weiteren Ausführungsform ist die Verstärkung ein faserverstärktes Spritzgussteil. Mit Spritzgießen ist eine preiswerte Herstellung der mehrstückigen Verstärkung möglich. Es können Glasfasern gewählt werden, wobei der Faseranteil z. B. um 35 Gew-% liegen kann. Die Faserlängen liegen meist unter 10 mm.
Alternativ zu einer spritzgegossenen Verstärkung kann auch eine Ausführung gewählt werden, die im D-LFT-Verfahren hergestellt ist.
Das D-LFT-Verfahren, auch Direkt-LFT-Verfahren genannt, ist ein allgemein bekanntes Verfahren der Kunststoffverarbeitung. LFT steht für langfaserverstärkter Kunststoff. Beim D-LFT Verfahren wird in einem Extruder die Matrix aus einem thermoplastischen Kunststoff, zum Beispiel Polyamid oder Polypropylen, plastifiziert und in einem Mischer mit auf Länge gekürzten Endlosfasern vermengt. Das faserhaltige Plastifikat wird dann (direkt) in Form gepresst. Das Ergebnis ist ein Faser-Kunststoff-Verbund mit einer Kunststoffmatrix, in dem die Langfasern eingebettet sind. Bedingt durch den Extrudereinsatz kann die Faserlänge allgemein zwischen 1 mm und 50 mm betragen. Es steht aus der Entwicklung anderer Fahrzeugteile heraus zu erwarten, dass die Fasern eine durchschnittliche Länge zwischen 20 mm und 40 mm haben können und der Faseranteil zwischen 20 Gew-% und 40 Gew-% liegen wird.
Mit dem D-LFT-Verfahren kann insbesondere eine Verstärkung als Ganzes hergestellt werden, die zudem wegen der längeren möglichen Faserlängen bis 30 mm mechanisch noch belastbarer ist als ein korrespondierendes Spritzgussteil.
Für die Verstärkung ist gemäß einer weiteren Ausführungsform ein faserverstärkter Thermoplast vorgesehen, der über einen Strukturschaum mit Außen- und/oder Innenblech verbunden ist. Der Strukturschaum ist einfach in der Handhabung und ermöglicht kurze Montagezeiten.
Weiterhin kann eine Ausführungsform vorgesehen sein, bei der in der Verstärkung ein Schallabsorber integriert ist, um Geräusche durch Rüttelbewegungen der Verstärkung zu reduzieren.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Seitenwand nach einem der vorhe rigen Ausführungsformen.
Weitere Merkmale und Vorteile der beanspruchten Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar, die nachfolgend als nicht beschränkende Beispiele angegeben sind. Hierbei soll die Benutzung von Bezugszeichen in den Figuren nicht dahingehend verstanden werden, dass die Bezugszeichen den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung einschränken sollen. Es zeigen:
1 eine aus drei Modulen bestehende Seitenwand,
2 die Verstärkung zur Seitenwand der 1.
Bei den Figuren, die allgemein mit gleichen Bezugszeichen gleiche Gegenstände bezeichnen, zeigt 1 eine aus drei Modulen bestehende Seitenwand 1 für einen Pkw in der perspektivischen Seitenansicht. Sie besitzt ein Außenblech 2 und ein Innenblech 3 bekannter Ausbildung mit einer dazwischen angeordneten Verstärkung 3. Die Verstärkung 3 ist eine bauliche Einheit, die vom Automobilhersteller von extern zulieferbar ist. Bei der Montage werden die drei genannten Komponenten in Richtung des Doppelpfeils zu einer Seitenwand 1 zusammengeführt.
Die 2 zeigt die Verstärkung 3 der 1 in der Seitenansicht. Es handelt sich um eine geschlossene einstückige Struktur im Schwellerbereich entlang der Punkte A-B, dann im Bereich der C-Säule hoch zum Punkt C, entlang des oberen Dachlängsträgers zum Punkt D, zum un teren Punkt E der A-Säule zurück und zum Punkt A. Zusätzlich gibt es einen Vertikalabschnitt 6 zwischen D und F, der die Seitenwand 1 im Bereich der späteren B-Säule verstärkt.
Die Verstärkung 3 besteht aus einem faserverstärktem Polyamid, und zwar konkret um im D-LFT-Verfahren hergestelltes PA 6.6/GF30 mit einer Vielzahl von Stegen 7 mit dazwischen befindlichen hohlen Bereichen zur Erhöhung der Strukturstabilität bei gleichzeitig geringem Gewicht.
Der Fachmann erkennt mithilfe der 1, dass der modulare Aufbau der Seitenwand 1 eine erhebliche Vereinfachung und Beschleunigung der Seitenwandmontage mit sich bringt, was zu einer entsprechenden Kostenersparnis führt.
Weiterhin ist mit der Verstärkung 3 auch eine Anpassung an die gesetzlichen Bestimmungen in unterschiedlichen Märkten leicht möglich. Erfordert beispielsweise ein Staat eine besonders hohe Festigkeit des Vertikalabschnitts 6, z. B. aufgrund einer gesetzlichen Änderung, so kann dieser Abschnitt auch kurzfristig durch einen entsprechenden Abschnitt höherer mechanischer Belastbarkeit ausgetauscht werden.
Die Verstärkung 3 ist zunächst für eine bestimmte Karosserie konzipiert. Wird ein Fahrzeug mit längerem Karosserieboden konzipiert, so müsste nur der Abschnitt B-C neu entwickelt werden, könnte aber der vordere Bereich der Verstärkung 3 übernommen werden. Insofern ergibt sich durch die Verstärkung 3 ein geringerer Entwicklungsaufwand.
Obwohl vorstehend konkrete Ausführungsformen beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass die Beschreibung dieser Ausführungsformen nicht zum Zweck hat, die Erfindung in der angegebenen Form zu beschränken. Die Erfindung soll vielmehr alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfassen, die in den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung fallen.

1: Seitenwand
2: Außenblech
3: Innenblech
4: Verstärkung
5: B-Säule
6: Vertikalabschnitt
7: Strebe

Claims

Seitenwand (1) einer Kraftfahrzeugkarosserie, mit einem Außenblech (2), einem Innenblech (3) und einer dazwischen angeordneten Verstärkung (4) aus einem faserverstärkten Kunststoff, wobei die Verstärkung eine ringförmig geschlossene Struktur ist, deren äußere Form sich an den Umfang der Seitenwand anlehnt.
Seitenwand nach Anspruch 1, die für die B-Säule einen zusätzlichen Vertikalabschnitt (6) besitzt.
Seitenwand nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem genau eine Verstärkung vorgesehen ist.
Seitenwand nach einem der vorherigen Ansprüche, deren Verstärkung mehrstückig ausgebildet ist.
Seitenwand nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Verstärkung ein faserverstärktes Spritzgussteil ist.
Seitenwand nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Verstärkung ein im D-LFT-Verfahren hergestelltes Kunststoffteil ist.
Seitenwand nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der für die Verstärkung ein faserverstärkter Thermoplast vorgesehen ist, der über einen Struktur schaum mit Außen- und/oder Innenblech verbunden ist.
Seitenwand nach einem der vorherigen Ansprüche, in deren Verstärkung ein Schallabsorber integriert ist.
Kraftfahrzeug mit einer Seitenwand nach einem der vorherigen Ansprüche.