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Die
Erfindung betrifft eine Verbindungsstruktur eines Kraftfahrzeuges
mit einem mindestens zwei voneinander separate Trägerelemente
verbindendem Verbindungselement, das eine schaumartige innere Struktur
aufweist.
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Aus
dem Stand der Technik sind Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge
bekannt, die eine lebensrettende Fahrgastzelle für Fahrer
und Beifahrer, sowie Passagiere eines Kraftfahrzeuges aufweist.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird gattungsgemäß dadurch gelöst,
dass das Verbindungselement aus einem einzigen Werkstoff besteht.
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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.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungsvarianten werden in den Unteransprüchen beansprucht
und nachstehend näher erläutert.
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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.
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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.
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Wenn
das Verbindungselement im GD-Verfahren hergestellt ist, also etwa
einem Druckgussverfahren so kann kostensparend auf besonders effiziente
Herstellverfahren zurückgegriffen werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Montage wird ferner verbessert, wenn das Verbindungselement lösbar
oder fest mit zumindest einem, vorzugsweise beiden der Trägerelemente
verbunden ist.
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Die
Erfindung wird auch nachstehend mit Hilfe einer Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Verbindungsstruktur
mit zwei durch ein Verbindungselement verbundene Trägerelemente
im noch undeformierten Zustand des Verbindungselementes und
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2 die
in 1 dargestellte Verbindungsstruktur im Querschnitt
nach Deformation des Verbindungselementes.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Verbindungselement 3 weist auf der Außenseite
eine geschlossene Außenhaut 4 auf.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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