DE102008049482A1 - Verbindungsstruktur eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verbindungsstruktur eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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DE102008049482A1
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Withdrawn
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DE200810049482
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English (en)
Inventor
Konrad Dipl.-Ing. Eipper
Arndt Dr.-Ing. Gerick
Michael Dipl.-Ing. Scheydecker (Fh)
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Mercedes Benz Group AG
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Daimler AG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Verbindungsstruktur eines Kraftfahrzeuges mit einem zwei von einander separate Trägerelemente verbindendem Verbindungselement, das eine schaumartige innere Struktur aufweist, wobei das Verbindungselement aus einem einzigen Werkstoff besteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbindungsstruktur eines Kraftfahrzeuges mit einem mindestens zwei voneinander separate Trägerelemente verbindendem Verbindungselement, das eine schaumartige innere Struktur aufweist.
  • Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge bekannt, die eine lebensrettende Fahrgastzelle für Fahrer und Beifahrer, sowie Passagiere eines Kraftfahrzeuges aufweist.
  • Diese lebensrettende Fahrgastzelle wird durch die Verwendung von Elementen ermöglicht, die sich bei einem starken Unfall, einem sogenannten Crash deformieren und einen Überlebensraum garantieren. Es ist bekannt, dass die Verwendung von hohlen sich beim Crash verformenden Elementen den Nachteil aufweisen, dass die auftretende Verformung ungleichmäßig und schlecht kalkulierbar ist.
  • Hier versucht die DE 2222557 eine Lösung anzubieten, indem sie in Fahrzeugen bei einem aus einem Hohlkörper bestehenden Bauteil, das bei einem Aufprallunfall auf Druck beansprucht wird und einen Querschnitt besitzt, der von der Stoßkraft im Wesentlichen vollständig beaufschlagt wird, wodurch sich das Bauteil im Wesentlichen über den ganzen Querschnitt verformt, den Hohlkörper mit einem Kunststoffschaum oder dergleichen ausfüllt. Auch ist bekannt, dass der Kunststoffschaum als vernetzter Hartschaum ausgebildet ist, insbesondere aus Polyurethanschaum ausgebildet ist.
  • Es ist hiernach die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Fertigung von Verbindungselementen separat von Trägerstrukturen zu ermöglichen und die Fertigungsprozesse so einfach zu halten, dass die dabei entstehenden Kosten reduziert werden.
  • Diese Aufgabe wird gattungsgemäß dadurch gelöst, dass das Verbindungselement aus einem einzigen Werkstoff besteht.
  • Dadurch wird vermieden, dass die Verbindungselemente bei Überbelastung, etwa in einem Crash, brechen, ohne dass es zu einer nennenswerten Energieabsorption kommt. Die Fertigung von solchen deutlich sichereren Verbindungselementen, als sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird ferner deutlich vereinfacht. Die Herstellkosten eines entsprechenden Verbindungselementes und einer dieses umfassenden Fahrgastzelle mit entsprechenden Trägerstrukturen wird dabei erreicht. So wird erreicht, dass bis zu einem bestimmten Kraftniveau keine Verformung des Verbindungselementes stattfindet, sondern die Energie über die angrenzenden Trägerelemente nur verteilt wird. Ab einem bestimmten Kraftniveau, also ab Überschreiten einer bestimmten Kraft, findet ein Zusammendrücken des Verbindungselementes statt, wodurch Energie gewandelt und dadurch abgebaut wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten werden in den Unteransprüchen beansprucht und nachstehend näher erläutert.
  • So ist es von Vorteil, wenn das Verbindungselement eine glatte geschlossene Außenhaut aufweist. Auf diese Weise werden Verschmutzungen auf der Oberfläche des Verbindungselementes vermieden, wodurch sich das Gewicht des Verbindungselementes im Laufe seiner Nutzungszeit nicht unnötig erhöht. Auch wird die Korrosionsbeständigkeit verbessert.
  • Um das Gewicht des Verbindungselementes möglichst niedrig zu halten, ist es von Vorteil, wenn in einer weiteren Ausführungsform die Dichte zur Mitte des Verbindungselementes hin abnimmt, vorzugsweise wird dies dadurch erreicht, dass das Verbindungselement ein integralschaumelement ist.
  • Wenn das Verbindungselement im GD-Verfahren hergestellt ist, also etwa einem Druckgussverfahren so kann kostensparend auf besonders effiziente Herstellverfahren zurückgegriffen werden.
  • Um bei gleichzeitig geringem Eigengewicht des Verbindungselementes eine gute Belastbarkeit sowie eine valide Prognose der Belastung bis zur Ausfallgrenze zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn in einem weiteren Ausführungsbeispiel das Verbindungselement aus Metall besteht, vorzugsweise aus Aluminium, Magnesium oder diese umfassende Legierungen.
  • Wenn das Verbindungselement als Kunststoffspritzgussteil ausgefertigt ist, so wird die Korrosionsbeständigkeit erhöht, wird auf belastbare und kostengünstige Fertigungsverfahren zurückgegriffen und das Gesamtgewicht des Fahrzeugs vermindert. Der Verbrauch eines mit einer Verbrennungskraftmaschine versehenen Kraftfahrzeuges, bei dem eine entsprechende Verbindungsstruktur verwendet wird, wird dadurch gesenkt.
  • Um die Fertigung zu vereinfachen, ist es von Vorteil, wenn das Verbindungselement in einer weiteren Ausführungsform aus einem die Außenhaut bildenden Strukturbauteil besteht, wobei dieses ausgeschäumt ausgefertigt ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Fertigung eines solchen Verbindungselementes in zwei Schritten erfolgen kann, nämlich in einem ersten Schritt, in dem die das Außenhaut bildende Element gefertigt wird, das dann in einem nachfolgenden zweiten Fertigungsschritt separat ausgeschäumt wird.
  • Die Sicherheit des Gesamtfahrzeuges wird ferner erhöht, wenn das Verbindungselement als Crash-Element, also ein während eines Unfalls verformendes und energieabsorbierendes Element, ausgebildet ist. Dadurch wird es auch möglich, das Verbindungselement gewollt in im Unfall verformenden Bereich des Fahrzeuges anzuordnen. Die Konstruktionsfreiheiten erhöhen sich dadurch.
  • Der Crash-Verlauf lässt sich bzgl. der Verformung der einzelnen Elemente auch besser beherrschen, wenn das Verbindungselement im Querschnitt variierende Profile aufweist. Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement ein Loch, eine Rippe und/oder eine Abkantung aufweist. Dem zu erwartenden Belastungsverlauf wird so besser Rechnung tragbar.
  • Wenn das Verbindungselement in die Trägerelemente eingegossen ist oder zumindest in ein Trägerelement eingegossen ist, so wird die Fertigung vereinfacht und wird es unnötig, auf separate Verbindungstechniken, wie etwa Kleblösungen, Lötlösungen, Schweißlösungen oder Formschlusslösungen zurückzugreifen. Alternativ ist es auch möglich die Trägerelemente oder zumindest ein Trägerelement mit dem Verbindungselement zu umgießen oder aber die Varianten des Ein- und Umgießens miteinander zu kombinieren. Die Vorteile der Alternativen ergeben sich in analoger Weise.
  • Die Montage wird ferner verbessert, wenn das Verbindungselement lösbar oder fest mit zumindest einem, vorzugsweise beiden der Trägerelemente verbunden ist.
  • Die Erfindung wird auch nachstehend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Verbindungsstruktur mit zwei durch ein Verbindungselement verbundene Trägerelemente im noch undeformierten Zustand des Verbindungselementes und
  • 2 die in 1 dargestellte Verbindungsstruktur im Querschnitt nach Deformation des Verbindungselementes.
  • Die in 1 und 2 dargestellten Querschnitte sind lediglich schematischer Natur. Sie dienen lediglich dem Verständnis der Erfindung. In beiden Figuren werden für die gleichen Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • In 1 ist eine erfindungsgemäße Verbindungsstruktur 1 dargestellt. Die Verbindungsstruktur 1 weist auf der linken Seite ein Trägerelement 2 und auf der rechten Seite zwei weitere Trägerelemente 2 auf. Zwischen den Trägerelementen 2 ist ein Verbindungselement 3 angeordnet. Die auf der rechten Seite dargestellten Trägerelemente 2 sind entweder Bestandteil eines einzigen Bauteils oder separat voneinander ausgefertigt.
  • Das Verbindungselement 3 ist ein im GD-Verfahren hergestelltes Aluminiumintegralschaumelement. Auch andere metallische Werkstoffe, wie etwa Magnesium oder Aluminium und/oder diese aufweisende Legierungen finden Verwendung. Ferner ist es möglich, dass das Verbindungselement 3 in einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt ist.
  • In der schematischen Darstellung der 1 und 2 ist die schaumartige innere Struktur des Verbindungselementes nicht visualisiert. Die Dichte im Verbindungselement 3 nimmt zum Inneren hin ab und ist durch einen relativ großporigen Einschluss von Luft gekennzeichnet.
  • Das Verbindungselement 3 weist auf der Außenseite eine geschlossene Außenhaut 4 auf.
  • Im Crash-Fall dringt das einem Stoß in Richtung des Pfeiles F ausgerichtete Trägerelement 2 in das Innere des Verbindungselementes 3 ein. Dies erfolgt durch Kompression eines Verformungsbereiches 5, der in 1 strichliert umrissen ist.
  • In 2 ist dieser Verformungsbereich 5 nicht mehr dargestellt, da er komplett komprimiert wurde. Während der Kompression des Verformungsbereiches 5 wurde Energie abgebaut. Dies erfolgt im Regelfall durch die mechanische Verformung des Verformungsbereiches 5 und durch die Wandlung der Stoßenergie in Wärme.
  • In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselement 3 formschlüssig das Trägerelement 2 umgebend, an diesem fest verbunden. Auch lösbare Verbindungen sind hingegen möglich.
  • Während in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Verbindung zwischen dem Trägerelement 2 und dem Verbindungselement 3 bereits bei der Herstellung der beiden Elemente durch Eingießen des einen Elementes in das andere geschaffen wurde, ist es, wie in den 1 und 2 auch angedeutet, möglich, Verschraublösungen, Nietlösungen oder andere Kraft- und/oder stoffschlüssige Lösungen zu verwenden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 2222557 [0004]

Claims (12)

  1. Verbindungsstruktur (1) eines Kraftfahrzeuges mit einem mindestens zwei von einander separate Trägerelemente (2) verbindendem Verbindungselement (3), das eine schaumartige innere Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) aus einem einzigen Werkstoff besteht.
  2. Verbindungsstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) eine glatte geschlossene Außenhaut (4) aufweist.
  3. Verbindungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) ein Integralschaumelement ist.
  4. Verbindungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement im GD-Verfahren hergestellt ist.
  5. Verbindungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) aus Metall besteht, vorzugsweise aus Aluminium, Magnesium oder diese umfassende Legierungen.
  6. Verbindungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) als Kunststoffspritzgussteil ausgefertigt ist.
  7. Verbindungsstruktur (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) aus einem die Außenhaut (4) bildenden Strukturbauteil besteht, das ausgeschäumt ausgefertigt ist.
  8. Verbindungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) als Crash-Element ausgebildet ist.
  9. Verbindungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) im Querschnitt variierende Profile aufweist.
  10. Verbindungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) ein Loch, eine Rippe und/oder eine Abkantung aufweist.
  11. Verbindungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) mit zumindest einem der Trägerelemente (2) mittels Eingießen und/oder Umgießen verbunden ist.
  12. Verbindungsstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (3) lösbar oder fest mit zumindest einem, vorzugsweise beiden der Trägerelemente (2) verbunden ist.
DE200810049482 2008-09-29 2008-09-29 Verbindungsstruktur eines Kraftfahrzeuges Withdrawn DE102008049482A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016002930A1 (de) 2016-03-10 2016-08-25 Daimler Ag Vorrichtung zur Stabilisierung eines Längsträgers in einem Fahrzeug

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2222557A1 (de) 1972-05-08 1973-11-22 Opel Adam Ag In fahrzeugen, insbesondere kraftfahrzeugen zur verwendung kommendes bauteil

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