DE102010027353B4 - Vehicle with heatable vehicle plastic component and operating method - Google Patents

Vehicle with heatable vehicle plastic component and operating method Download PDF

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Abstract

Fahrzeug mit – einem Bauteil (4, 5), das aus einem Faserkunststoffverbund hergestellt ist, wobei – der Faserkunststoffverbund Fasern aufweist, welche in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (4, 5) mit einer Wärmequelle in einem vorgegebenen Abschnitt (6) so überhitzbar ist, dass das Bauteil (4, 5) in diesem Abschnitt (6) bei einem Zusammenstoß deutlich Energie aufnehmen kann, wobei – die Festigkeit der Kunststoffmatrix dort lokal deutlich reduziert ist, – die mechanischen Eigenschaften der Fasern in dem Faserkunststoffverbund trotz der lokalen Erwärmung nicht verändert sind und – sich die Eigenschaften des Bauteils, die auf die Fasern zurückzuführen sind kaum ändern.Vehicle comprising - a component (4, 5) made of a fiber-plastic composite, wherein - the fiber-plastic composite has fibers embedded in a plastic matrix, characterized in that the component (4, 5) with a heat source in a predetermined section (6) can be overheated such that the component (4, 5) in this section (6) can clearly absorb energy in the event of a collision, wherein - the strength of the plastic matrix is significantly reduced locally there, - the mechanical properties of the fibers in the fiber-plastic composite despite the local heating are not changed and - hardly change the properties of the component, which are due to the fibers.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Bauteil, das aus einem Faserkunststoffverbund hergestellt ist, wobei der Faserkunststoffverbund Fasern aufweist, welche in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bei einem Zusammenstoß mit einem Objekt, wobei das Fahrzeug ein Bauteil aus einem Faserkunststoffverbund enthält, welcher in eine Kunststoffmatrix eingebettet ist.The present invention relates to a vehicle having a component which is produced from a fiber-plastic composite, wherein the fiber-plastic composite has fibers which are embedded in a plastic matrix. Moreover, the present invention relates to a method for operating a vehicle in a collision with an object, wherein the vehicle contains a component made of a fiber-plastic composite, which is embedded in a plastic matrix.

Faser-Kunst-Verbunde (FKV) eignen sich aufgrund ihrer hohen spezifischen Kennwerte sehr gut als Strukturen zur gezielten Energieabsorption in so genannten „Crashlastfällen” beim Zusammenstoß eines Fahrzeugs mit einem Objekt. Ein progressives Versagensverhalten, welches insbesondere durch Faserbrüche, Delamination und Reibung gekennzeichnet ist, sorgt hierbei maßgeblich für die hohe Energieabsorption des Bauteils. Um dieses Versagensverhalten in einer FKV-Struktur zu erzielen, muss das Bauteil eine lokale Schwachstelle (Triggerung) besitzen. Diese muss so ausgelegt sein, dass es zu einem gezielten Versagen unter Druckbelastung kommt. Eine Möglichkeit, eine derartige lokale Schwachstelle zu realisieren ist z. B. eine lokale Reduktion der Wandstärke. Da energieabsorbierende Bauteile zusätzlich als tragende Struktur mit steifigkeits- und festigkeitsrelevanter Auslegung eingesetzt werden, limitieren derartige Schwachstellen die maximal ertragbare Last in allen Belastungsrichtungen.Due to their high specific characteristics, fiber-art composites (FKV) are very well suited as structures for targeted energy absorption in so-called "crash load cases" when a vehicle collides with an object. A progressive failure behavior, which is characterized in particular by fiber breaks, delamination and friction, makes a significant contribution to the high energy absorption of the component. To achieve this failure behavior in a FKV structure, the component must have a local weak point (triggering). This must be designed so that it comes to a targeted failure under pressure. One way to realize such a local vulnerability is z. B. a local reduction of the wall thickness. Since energy-absorbing components are additionally used as a load-bearing structure with rigidity and strength-relevant design, such weak points limit the maximum load that can be borne in all load directions.

Die Problematik besteht somit darin, dass mit gegenwärtigen Methoden eine definierte Reduzierung der Druckfestigkeit die übrigen Festigkeitswerte (z. B. Zug- und Schubfestigkeit) ebenfalls erheblich herabsetzt. Somit kann nicht das volle Leichtbaupotential genutzt werden. Hierbei gilt das Prinzip „die Kette ist nur so stark wie ihr schwächstes Glied” – wobei im vorliegenden Fall die Triggerung das schwächste Glied ist.The problem is therefore that, with current methods, a defined reduction in compressive strength also considerably reduces the other strength values (eg tensile and shear strength). Thus, not the full lightweight potential can be used. In this case the principle "the chain is only as strong as its weakest link" applies - whereby in the present case the triggering is the weakest link.

Gängige Maßnahmen zur Initiierung des energieabsorbierten Versagensverhaltens werden u. a. über die Bauteilgeometrie realisiert. Hierbei können sowohl die Querschnittsfläche als auch die Wanddicken an einem Ende reduziert werden, wodurch eine Spannungsüberhöhung und somit eine Triggerung entsteht.Common measures to initiate the energy-absorbed failure behavior are u. a. implemented via the component geometry. In this case, both the cross-sectional area and the wall thicknesses can be reduced at one end, whereby an increase in voltage and thus triggering occurs.

Weitere Möglichkeiten zum Verwirklichen einer definierten Schwachstelle sind das Anbringen einer Fase (Bevel-Trigger) oder eines Schrägbeschnitts (Tulip-/Kri-Trigger) sowie das definierte Kürzen von Faserlagen während der Fertigung (ply-drop-off).Other options for realizing a defined weak point are attaching a bevel (Bevel trigger) or a bevel cut (Tulip / Kri trigger) as well as the defined shortening of fiber layers during manufacture (ply-drop-off).

Alle genannten Lösungen basieren im Wesentlichen auf einer der beiden Wirkweisen:

  • – eine Reduktion des tragenden Querschnitts oder
  • – eine Absenkung der lokalen Festigkeit.
All these solutions are based essentially on one of the two modes of action:
  • A reduction of the load-bearing cross-section or
  • - a reduction in local strength.

Nachteilig ist hierbei, dass diese Maßnahmen nicht nur die Druckfestigkeit, sondern auch die restlichen Kennwerte des Bauteils beeinflussen (wie z. B. Zug- und Schubfestigkeit). Des Weiteren erfordern viele der oben genannten Maßnahmen einen zusätzlichen Prozessschritt zur mechanischen Bearbeitung.The disadvantage here is that these measures not only affect the compressive strength but also the remaining characteristic values of the component (such as, for example, tensile and shear strength). Furthermore, many of the above measures require an additional process step for machining.

Aus der Druckschrift DE 10 2008 036 175 A1 ist ein Karosserieteil aus einem Faserverbundwerkstoff für ein Kraftfahrzeug bekannt. Ein Sitzquerträger kann aus diesem Faserverbundwerkstoff gebildet werden.From the publication DE 10 2008 036 175 A1 a body part made of a fiber composite material for a motor vehicle is known. A seat cross member may be formed from this fiber composite material.

Darüber hinaus offenbart die Patentschrift DE 199 40 828 C1 ein Verfahren zur Herstellung eines Krafteinleitungsbereichs an einem Bauteil aus faserverstärktem Duroplast. Dabei wird das Bauteil auf eine Temperatur im Bereich der Glasübergangstemperatur erhitzt und gezielt verformt. Schließlich wird es unter Beibehaltung der gezielten Verformung abgekühlt.In addition, the patent discloses DE 199 40 828 C1 a method for producing a force introduction region on a component made of fiber-reinforced thermosetting plastic. In this case, the component is heated to a temperature in the range of the glass transition temperature and deliberately deformed. Finally, it is cooled while maintaining the targeted deformation.

Ferner offenbart die Druckschrift DE 10 2006 033 011 A1 ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Werkstücke aus Faserverbundwerkstoffen. Ein Blasling wird mit einem CFK-Gewebe beschickt und in einem Ofen mit diesem verbunden sowie ausgehärtet.Further, the document discloses DE 10 2006 033 011 A1 a method for producing three-dimensional workpieces from fiber composites. A Blasling is fed with a CFRP fabric and connected in a furnace with this and cured.

Ein Verfahren zum Herstellen von schalenförmigen, fasermatten-verstärkten Kunststoffteilen ist aus der Patentschrift DE 100 35 237 C1 bekannt. Eine harzgetränkte Fasermatte wird während einer abgestimmten Zeitspanne in einem umgeformten und gepressten Zustand gehalten und dabei das Matrixharz innerhalb eines Formwerkzeugs thermisch ausgehärtet.A method for producing cup-shaped, fiber mat reinforced plastic parts is known from the patent DE 100 35 237 C1 known. A resin-impregnated fiber mat is held in a formed and pressed condition for a tuned period of time, thereby thermally curing the matrix resin within a mold.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Bauteil bereitzustellen, bei dem die Druckfestigkeit gezielt reduziert werden kann, ohne gleichzeitig andere Kennwerte, insbesondere die Schubfestigkeit wesentlich zu verändern.The object of the present invention is therefore to provide a component in which the compressive strength can be selectively reduced without at the same time significantly changing other characteristic values, in particular the shear strength.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug nach Anspruch 1.According to the invention this object is achieved by a vehicle according to claim 1.

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß bereitgestellt ein Verfahren nach Anspruch 10.In addition, the invention provides a method according to claim 10.

In vorteilhafter Weise wird also ein Bauteil aus einem Faserkunststoffverbund bereitgestellt, dessen Kunststoffmatrix durch die Erwärmung lokal an Festigkeit verliert, so dass es in diesem Bereich im Crash-Fall deutlich Energie aufnehmen kann. Da aber die Fasern in dem Kunststoffverbund ihre mechanischen Eigenschaften trotz der lokalen Erwärmung nicht verändern, ändern sich die Eigenschaften des Bauteils, die auf die Fasern zurückzuführen sind, kaum. Damit sind bestimmte Eigenschaften des Bauteils allein durch die Temperatur besser steuerbar. So ändern sich beispielsweise in einem Temperaturbereich bestimmte Bauteileigenschaften, während sich in einem anderen Temperaturbereich andere Bauteileigenschaften ändern.Advantageously, therefore, a component made of a fiber-reinforced plastic composite is provided, the plastic matrix of which locally loses its strength as a result of the heating, so that it can clearly absorb energy in this region in the event of a crash. There but the fibers in the plastic composite do not change their mechanical properties despite local heating, the properties of the component due to the fibers hardly change. Thus, certain properties of the component are better controlled by the temperature alone. For example, certain component properties change in one temperature range while other component properties change in another temperature range.

Vorzugsweise ist der Abschnitt des Bauteils aus dem Faserkunststoffverbund mit der Wärmequelle auf über 200°C erwärmbar. Bei diesen Temperaturen verlieren übliche Epoxid-Matrixsystem deutlich an Festigkeit.Preferably, the portion of the component of the fiber-plastic composite with the heat source is heated to over 200 ° C. At these temperatures, conventional epoxy matrix systems lose significant strength.

Darüber hinaus ist es von besonderem Vorteil, wenn die Fasern des Faserkunststoffverbunds bei einer Erwärmung bis 500°C im Wesentlichen ihre Zugfestigkeit behalten. Damit kann für die Triggerung beispielsweise ein verhältnismäßig großer Temperaturbereich (z. B. von 200°C bis 500°C) genutzt werden. In diesem großen Temperaturbereich werden die mechanischen Eigenschaften des Bauteils dann im Wesentlichen durch die Fasern bestimmt.In addition, it is of particular advantage if the fibers of the fiber-reinforced plastic composite retain their tensile strength when heated to 500 ° C. Thus, for example, a relatively large temperature range (eg from 200 ° C. to 500 ° C.) can be used for the triggering. In this large temperature range, the mechanical properties of the component are then essentially determined by the fibers.

Als Wärmequelle kann eine ausgewählt werden, die hauptsächlich durch Wärmestrahlung Energie an den Abschnitt des Bauteils abgibt. Mit Wärmestrahlung lässt sich sehr rasch und örtlich sehr gezielt Wärme in ein Bauteil einbringen.As the heat source, one may be selected which emits energy to the portion of the component mainly by heat radiation. With heat radiation, heat can be introduced into a component in a very targeted manner very quickly and locally.

Alternativ kann die Wärmequelle so ausgebildet sein, dass sie hauptsächlich durch Konvektion Energie an den Abschnitt des Bauteils abgibt. Damit kann ebenfalls wie auch bei Wärmestrahlung berührungslos Energie auf das Bauteil übertragen werden.Alternatively, the heat source may be configured to deliver energy to the portion of the component primarily by convection. As a result, energy can also be transmitted to the component in a contactless manner as well as during thermal radiation.

In einer weiteren Alternative gibt die Wärmequelle für die Triggerung hauptsächlich durch Wärmeleitung Energie an den Abschnitt des Bauteils ab. Dadurch können sehr große Energiemengen übertragen werden. Grundsätzlich kann aber auch eine Wärmequelle eingesetzt werden, die mehr als eine der genannten Wärmeübertragungsvarianten (Wärmestrahlung, Konvektion, Wärmeleitung) für die Bauteilerwärmung nutzt.In another alternative, the heat source for the triggering mainly by heat conduction energy to the portion of the component from. As a result, very large amounts of energy can be transmitted. In principle, however, it is also possible to use a heat source which uses more than one of the aforementioned heat transfer variants (heat radiation, convection, heat conduction) for the component heating.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Abschnitt des Bauteils von der Wärmequelle so weit erwärmt, dass die im Wesentlichen durch die Kunststoffmatrix gegebene Druckfestigkeit des Bauteils deutlich abnimmt, während die im Wesentlichen durch die Fasern gegebene Zugfestigkeit des Bauteils erhalten bleibt. Damit kann durch Erwärmen des Bauteils bis zu einer Temperatur in einem vorgegebenen Temperaturbereich gezielt die Druckfestigkeit unabhängig von der Zugfestigkeit des Bauteils verändert werden. Somit können grundsätzlich Bauteile bereitgestellt werden, die ihre Wirkung in einem Fahrzeugrahmen hinsichtlich Zugfestigkeit nicht verlieren, wenn sie in einem Crashfall eine andere Funktion hinsichtlich der Druckfestigkeit erfüllen sollen.In a particularly preferred embodiment, the portion of the component is heated by the heat source to such an extent that the compressive strength of the component substantially given by the plastic matrix decreases markedly, while the tensile strength of the component substantially given by the fibers is retained. Thus, by heating the component up to a temperature in a predetermined temperature range, the compressive strength can be changed independently of the tensile strength of the component. Thus, in principle components can be provided which do not lose their effect in a vehicle frame in terms of tensile strength, if they are to fulfill a different function in terms of pressure resistance in a crash.

Speziell kann das Bauteil aus dem Faserkunststoffverbundteil einer Fahrzeug(boden)struktur sein. Insbesondere kann das Bauteil ein Sitzquerträger oder ein Längsträgerelement sein. Ebenso kann es natürlich auch ein Querträgerelement oder ein anderes Rahmenbauteil sein, welches im Crashfall Energie absorbiert. Somit kann im Falle eines bevorstehenden Crashs ein Bauelement des Rahmens, welches aller Voraussicht nach Energie bei dem Zusammenprall aufnehmen muss, in seiner Druckfestigkeit reduziert werden, während es in seiner Zugfestigkeit unverändert gehalten wird, sodass es weiterhin entsprechende Versteifungsfunktionen ausüben kann.Specifically, the component can be made of the fiber-reinforced plastic composite part of a vehicle (floor) structure. In particular, the component may be a seat cross member or a side member. Likewise, it may of course also be a cross member or another frame member which absorbs energy in the event of a crash. Thus, in the event of an imminent crash, a structural member of the frame, which is expected to absorb energy in the collision, can be reduced in compressive strength while being kept unchanged in tensile strength so that it can continue to perform appropriate stiffening functions.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

1 einen Ausschnitt einer Fahrzeugbodenstruktur mit Sitzquerträger und 1 a section of a vehicle floor structure with seat cross member and

2 einen Schnitt A-A durch einen der Sitzträger von 1. 2 a section AA through one of the seat carrier of 1 ,

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention.

Ein Fahrzeug, das mit einem Objekt zusammenstößt, muss die anfallende Bewegungsenergie in Verformungsenergie wandeln. Hierfür können zahlreiche Bauteile des Fahrzeugs eingesetzt werden. Insbesondere nehmen aber in erster Linie Bauteile des Fahrzeugrahmens die anfallende Energie bei einem Crash auf. Daher bezieht sich das nachfolgende Ausführungsbeispiel speziell auf ein Bauteil eines Fahrzeugrahmens. Bauteile von Fahrzeugrahmen werden vielfach bereits aus FKV-Materialien gefertigt, da diese in der Regel sehr leicht sind und trotzdem eine verhältnismäßig hohe Zugfestigkeit aufweisen.A vehicle that collides with an object must convert the resulting kinetic energy into deformation energy. For this purpose, numerous components of the vehicle can be used. In particular, however, components of the vehicle frame primarily absorb the energy arising in the event of a crash. Therefore, the following embodiment specifically relates to a component of a vehicle frame. Components of vehicle frames are often already made of FRP materials, since they are usually very light and still have a relatively high tensile strength.

Obwohl das Gesamtverhalten eines FKV-Bauteils immer durch das Zusammenwirken der beiden Komponenten, Fasern und Matrix, bestimmt wird, zeigen sich je nach Belastungsart unterschiedliche Dominanzen. So wird z. B. eine Zugbelastung in Faserlängsrichtung vorrangig durch die Fasern dominiert, während bei Druckbelastung die Fasern durch die Matrix gestützt werden müssen. Daher ist der Einfluss der Matrix auf die Druckfestigkeit größer als auf die Zugfestigkeit des Gesamtverbundes.Although the overall behavior of an FRP component is always determined by the interaction of the two components, fibers and matrix, different dominances appear depending on the type of load. So z. As a tensile load in the fiber longitudinal direction predominantly dominated by the fibers, while pressure load, the fibers must be supported by the matrix. Therefore, the influence of the matrix on the compressive strength is greater than on the tensile strength of the overall composite.

Dieses Prinzip wird im Rahmen der vorliegendenden Erfindung genutzt. Für die Triggerung wird daher nur die Matrix gezielt lokal geschwächt, sodass die Stützwirkung für die Fasern in diesem Bereich reduziert und somit die Druckfestigkeit gesteuert wird. Die Zugfestigkeit in Faserlängsrichtung soll jedoch größtenteils erhalten bleiben, was durch die lokale Erwärmung erreicht werden kann. Das Bauteil wird also nicht über die gesamte Länge der Faser erwärmt, sodass sie außerhalb des lokalen Bereichs weiterhin fest in die Kunststoffmatrix eingebettet sind. This principle is used in the context of the present invention. For triggering, therefore, only the matrix is deliberately weakened locally, so that the support effect for the fibers is reduced in this area and thus the compressive strength is controlled. The tensile strength in the fiber longitudinal direction should, however, largely be maintained, which can be achieved by local heating. The component is thus not heated over the entire length of the fiber, so that they are still embedded outside the local area firmly in the plastic matrix.

In 1 ist ein Ausschnitt einer Fahrzeugbodenstruktur 1 des Rahmens eines Fahrzeugs in schräger Draufsicht dargestellt. Die Fahrzeugbodenstruktur 1 weist hier zwei Längsträgerelemente 2 und 3 auf, welche hier in etwa parallel verlaufen. Quer zu den Längsträgerelementen 2 und sind hier zwei Sitzquerträger 4 und 5 angeordnet. Die beiden Sitzquerträger 4 und 5 sind beispielsweise durch Schrauben an den Längsträgerelementen 2 und 3 befestigt. Sie können aber auch anderweitig an den Längsträgerelementen 2, 3 befestigt sein. Wie aus 1 zu entnehmen ist, verlaufen die beiden Sitzquerträger 4, 5 in etwa parallel und besitzen einen vorgegebenen Abstand. Auf ihnen wird gegebenenfalls ein Fahrzeugsitz montiert.In 1 is a section of a vehicle floor structure 1 of the frame of a vehicle in an oblique plan view. The vehicle floor structure 1 here has two longitudinal support elements 2 and 3 on, which run here approximately parallel. Transverse to the longitudinal beam elements 2 and here are two seat crossbeams 4 and 5 arranged. The two seat crossbeams 4 and 5 are for example by screws on the side members 2 and 3 attached. But you can also elsewhere on the side members 2 . 3 be attached. How out 1 it can be seen, run the two seat cross member 4 . 5 approximately parallel and have a given distance. If necessary, a vehicle seat is mounted on them.

In 2 ist ein Schnitt A-A durch den Sitzquerträger 4 von 1 dargestellt. Der Sitzquerträger 4 ist auf der linken Seite an dem Längsträgerelement 3 und auf der rechten Seite an dem Längsträgerelement 2 befestigt.In 2 is a section AA through the seat cross member 4 from 1 shown. The seat cross member 4 is on the left side on the side member 3 and on the right side on the side member 2 attached.

Bei einem Crash bzw. Aufprall (z. B. Pfahlaufprall) erfolgt beispielsweise eine Druckbelastung auf den Sitzquerträger 4 gemäß Pfeil 8. Dies bedeutet, dass der Sitzquerträger die Druckkräfte absorbieren sollte, damit andere Elemente der Fahrzeugbodenstruktur nicht weiter beschädigt werden. Im normalen Betriebszustand ist jedoch der Sitzquerträger entlang seiner Längserstreckung so druckfest, dass er den Druck 8 auf das Längsträgerelement 2 weiterleiten würde. Wird nun jedoch in der Nähe oder unmittelbar an dem Sitzquerträger 4 eine Wärmequelle platziert, so kann das mechanische Verhalten des Sitzquerträgers 4, der aus dem FKV-Material hergestellt ist, beeinflusst werden.In the event of a crash or collision (eg pile impact), for example, a pressure load is applied to the seat cross member 4 according to arrow 8th , This means that the seat cross member should absorb the compressive forces, so that other elements of the vehicle floor structure are not further damaged. In the normal operating state, however, the seat cross member along its longitudinal extent is so resistant to pressure 8th on the side member 2 would forward. But now in the vicinity or directly to the seat cross member 4 placed a heat source, so can the mechanical behavior of the seat crossmember 4 , which is made of the FKV material, to be influenced.

Konkret wird mit einer nicht dargestellten Wärmequelle das Bauteil 4 aus dem Faserkunststoffverbund lokal, d. h. in einem vorgegebenen Abschnitt 6 erwärmt. Die Erwärmung erfolgt durch Zufuhr von Energie 7 speziell in dem Abschnitt 6 des Bauteils 4. Generell kann die lokale Wärmebehandlung bzw. Energiezufuhr am Einzelteil oder auch am Zusammenbau erfolgen.Specifically, with a heat source, not shown, the component 4 from the fiber-plastic composite locally, ie in a given section 6 heated. The heating takes place by supplying energy 7 especially in the section 6 of the component 4 , In general, the local heat treatment or energy supply can be done on the item or on the assembly.

Es stehen mehrere Möglichkeiten zur Einbringung der Wärme in das Bauteil zur Verfügung. Zum einen kann die Wärme durch Strahlung eingebracht werden. Hierzu eignen sich insbesondere Mikrowellen, mit denen hohe Energiedichten erreicht werden können. Eine weitere Möglichkeit, Wärme 7 in das Bauteil 4 einzubringen besteht durch Konvektion. Dazu ist beispielsweise ein elektrisches Heizelement und ein Gebläse notwendig, mit dem die erwärmte Luft zu dem Bauteil transportiert werden kann. Als dritte Möglichkeit, Wärme in das Bauteil einzubringen, ist Wärmeleitung anzusehen. Dabei wird die Wärme unmittelbar von einem Heizelement auf das Bauteil 4 übertragen. Die beiden Komponenten können sich berühren, sodass eine direkte Wärmeleitung stattfindet, oder aber sie berühren sich nur mittelbar, sodass die Wärmeleitung ebenfalls mittelbar über ein weiteres Element erfolgt. Beispielsweise könnte durch einen Heizdraht der Abschnitt 6 des Sitzquerträgers 4 lokal durch elektrische Energie rasch aufgeheizt werden.There are several ways to introduce the heat into the component. On the one hand, the heat can be introduced by radiation. In particular microwaves are suitable for this, with which high energy densities can be achieved. Another way to heat 7 into the component 4 to incorporate consists of convection. For this purpose, for example, an electric heating element and a blower is necessary, with which the heated air can be transported to the component. As a third possibility to introduce heat into the component, heat conduction is to be considered. The heat is transferred directly from a heating element to the component 4 transfer. The two components can touch, so that a direct heat conduction takes place, or they only touch indirectly, so that the heat conduction also takes place indirectly via another element. For example, could by a heating wire of the section 6 of the seat cross member 4 locally heated by electrical energy quickly.

Gängige Fasern für FKV können aufgrund ihrer Beschaffenheit relativ hohe Temperaturen (> 500°C) ohne große Eigenschaftsverluste ertragen, während gängige Epoxid-Matrixsysteme bei Temperaturen ab ca. 200°C Eigenschaftseinbußen erleiden. Wird also beispielsweise der Sitzquerträger lokal auf etwa 300°C erhitzt, verliert das Matrixsystem an Festigkeit, aber die im FKV enthaltenen Fasern behalten ihre Zugfestigkeit. Dieser Unterschied in der Temperaturempfindlichkeit soll in der vorliegenden Erfindung genutzt werden, um vorrangig die Matrix lokal zu schädigen, wenn beispielsweise ein Aufprall auf das Fahrzeug erwartet wird. Es soll dabei eine gezielte Überhitzung in einem definierten Bereich vorgenommen werden, um somit eine Triggerung zu erreichen. Die Matrix wird geschwächt und die Druckfestigkeit des Bauteils bzw. Sitzquerträgers 4 wird reduziert und seine Energieaufnahmefähigkeit bezüglich des Aufpralls wird gesteigert.Due to their nature, common fibers for FRP can endure relatively high temperatures (> 500 ° C) without any significant loss of properties, whereas common epoxy matrix systems suffer from loss of properties at temperatures above approx. 200 ° C. Thus, for example, if the seat cross member is locally heated to about 300 ° C, the matrix system loses strength, but the fibers contained in the FRP retain their tensile strength. This difference in temperature sensitivity is to be used in the present invention to primarily damage the matrix locally, for example, when an impact on the vehicle is expected. It is intended to make a targeted overheating in a defined range, so as to achieve triggering. The matrix is weakened and the compressive strength of the component or seat cross member 4 is reduced and its energy absorption capacity with respect to the impact is increased.

Der wesentliche Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht also in der gezielten Überhitzung des Matrixsystems in einem lokalen Bereich 6 zur Herabsetzung der Druckfestigkeit bei annähernd unveränderten Zugkennwerten. Somit können FKV-Strukturen zur Energieabsorption genutzt werden, behalten aber weiterhin ihre hohen spezifischen Kennwerte in faserdominierten Richtungen.The essential aspect of the present invention thus consists in the targeted overheating of the matrix system in a local area 6 for reducing the compressive strength at approximately unchanged tensile characteristics. Thus, FKV structures can be used for energy absorption, but still retain their high specific characteristics in fiber-dominated directions.

In vorteilhafter Weise kann also ein FKV-Bauteil zur Energieabsorption bei gleichzeitig unverändert hohen Kennwerten in Faserrichtung (insbesondere Zugfestigkeit) getriggert werden. Zusätzlich ist die Triggerung unabhängig von der Bauteilgeometrie, der Fügepartner oder den Fasern.In an advantageous manner, therefore, an FKV component for energy absorption can be triggered with simultaneously high characteristic values in the fiber direction (in particular tensile strength). In addition, the triggering is independent of the component geometry, the joining partner or the fibers.

Der Prozess der Wärmeeinbringung kann berührungsfrei, automatisiert geschehen und ist zudem von der Bauteilherstellung entkoppelt. Ein Bauteil bzw. ein Fahrzeug kann entsprechend nachgerüstet werden.The process of heat input can be done without contact, automated and is also decoupled from the component manufacturing. A component or a vehicle can be retrofitted accordingly.

Claims (10)

Fahrzeug mit – einem Bauteil (4, 5), das aus einem Faserkunststoffverbund hergestellt ist, wobei – der Faserkunststoffverbund Fasern aufweist, welche in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (4, 5) mit einer Wärmequelle in einem vorgegebenen Abschnitt (6) so überhitzbar ist, dass das Bauteil (4, 5) in diesem Abschnitt (6) bei einem Zusammenstoß deutlich Energie aufnehmen kann, wobei – die Festigkeit der Kunststoffmatrix dort lokal deutlich reduziert ist, – die mechanischen Eigenschaften der Fasern in dem Faserkunststoffverbund trotz der lokalen Erwärmung nicht verändert sind und – sich die Eigenschaften des Bauteils, die auf die Fasern zurückzuführen sind kaum ändern.Vehicle with - a component ( 4 . 5 ), which is produced from a fiber-plastic composite, wherein - the fiber-plastic composite has fibers embedded in a plastic matrix, characterized in that the component ( 4 . 5 ) with a heat source in a predetermined section ( 6 ) is overheatable, that the component ( 4 . 5 ) In this section ( 6 ) can clearly absorb energy in a collision, wherein - the strength of the plastic matrix is locally significantly reduced there, - the mechanical properties of the fibers are not changed in the fiber plastic composite despite the local heating and - the properties of the component attributable to the fibers are hardly change. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Abschnitt (6) des Bauteils (4, 5) mit der Wärmequelle auf über 200°C erwärmbar ist.Vehicle according to claim 1, wherein the section ( 6 ) of the component ( 4 . 5 ) Can be heated with the heat source to over 200 ° C. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fasern des Faserkunststoffverbunds bei einer Erwärmung bis 500°C im Wesentlichen ihre Zugfestigkeit behalten.Vehicle according to claim 1 or 2, wherein the fibers of the fiber-reinforced plastic composite, when heated to 500 ° C substantially retain their tensile strength. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmequelle hauptsächlich durch Wärmestrahlung Energie an den Abschnitt (6) des Bauteils (4, 5) abgibt.Vehicle according to one of the preceding claims, wherein the heat source generates energy mainly by heat radiation to the section ( 6 ) of the component ( 4 . 5 ). Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wärmequelle hauptsächlich durch Konvektion Energie an den Abschnitt (6) des Bauteils (4, 5) abgibt.A vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat source is supplied to the section mainly by convection ( 6 ) of the component ( 4 . 5 ). Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wärmequelle hauptsächlich durch Wärmeleitung Energie an den Abschnitt (6) des Bauteils (4, 5) abgibt.Vehicle according to one of claims 1 to 3, wherein the heat source mainly by heat conduction energy to the section ( 6 ) of the component ( 4 . 5 ). Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abschnitt (6) des Bauteils (4, 5) von der Wärmequelle soweit erwärmt wird, dass die im Wesentlichen durch die Kunststoffmatrix gegebene Druckfestigkeit deutlich abnimmt, während die im Wesentlichen durch die Fasern gegebene Zugfestigkeit des Bauteils erhalten bleibt.Vehicle according to one of the preceding claims, wherein the section ( 6 ) of the component ( 4 . 5 ) is heated far enough from the heat source such that the compressive strength substantially given by the plastic matrix decreases markedly, while the tensile strength of the component substantially given by the fibers is retained. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (4, 5) Teil einer Fahrzeugstruktur (1) ist.Vehicle according to one of the preceding claims, wherein the component ( 4 . 5 ) Part of a vehicle structure ( 1 ). Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei das Bauteil (4, 5) ein Sitzquerträger ist.Vehicle according to claim 8, wherein the component ( 4 . 5 ) is a seat cross member. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bei einem Zusammenstoß mit einem Objekt, wobei das Fahrzeug ein Bauteil (4, 5) aus einem Faserkunststoffverbund enthält, welcher in eine Kunststoffmatrix eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (4, 5) mit einer Wärmequelle in einem vorgegebenen Abschnitt (6) derart erhitzt wird, dass das Bauteil (4, 5) in diesem Abschnitt (6) bei einem Zusammenstoß deutlich Energie aufnimmt, wobei dort – die Festigkeit der Kunststoffmatrix lokal deutlich reduziert wird, – die mechanischen Eigenschaften der Fasern in dem Faserkunststoffverbund trotz der lokalen Erwärmung nicht verändert werden und – die Eigenschaften des Bauteils, die auf die Fasern zurückzuführen sind kaum verändert werden.Method for operating a vehicle in the event of a collision with an object, wherein the vehicle is a component ( 4 . 5 ) consists of a fiber-plastic composite, which is embedded in a plastic matrix, characterized in that the component ( 4 . 5 ) with a heat source in a predetermined section ( 6 ) is heated so that the component ( 4 . 5 ) In this section ( 6 ) significantly absorbs energy in a collision, where - the strength of the plastic matrix is locally significantly reduced, - the mechanical properties of the fibers are not changed in the fiber plastic composite despite the local heating and - the properties of the component, which are due to the fibers hardly to be changed.
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