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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugstrebe, die einen mit Fasern verstärkten Kunststoff aufweist und die über wenigstens eine Befestigungsstruktur, an der zumindest ein weiteres Bauteil mittels eines Befestigungsmittels befestigbar ist, verfügt.
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Moderne Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Bodenstruktur auf, die über einen im Wesentlichen ebenen Hauptboden verfügen, der durch einen Mitteltunnel in zwei Hälften aufgeteilt wird. Der in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufende und den Hauptboden in eine rechte und linke Seite teilende Mitteltunnel, dient vornehmlich der Aufnahme einer Welle, insbesondere der Antriebs- oder Kardanwelle, und/oder weiterer Fahrzeugkomponenten, wie etwa Versorgungsleitungen.
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Um eine hinreichende Versteifung der Bodenstruktur zu erreichen, sind oftmals im Bereich unterhalb des Mitteltunnels so genannte Zug-Druck- bzw. Diagonalstreben vorgesehen, die nach Art eines Tragwerks den Mitteltunnel überbrücken und die linke und die rechte Hauptbodenhälfte miteinander verbinden, so dass die gewünschte Steifigkeit der Bodenstruktur sichergestellt wird.
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Eine derartige Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs mit einem Hauptboden, der in Fahrzeuglängsrichtung durch einen Mitteltunnel in zwei Hauptbodenhälften unterteilt ist, ist aus der
DE 10 2004 026 299 A1 bekannt. Wesentlich an der beschriebenen Losung ist wiederum das Vorsehen einer geeigneten Mitteltunnelverstärkung. Um eine Bodenstruktur zu schaffen, die zwar die erforderliche Steifigkeit aber nur ein geringes Gewicht aufweist, ist der Mitteltunnel durch mehrere Verstärkungsstreben überbrückt, die beidseitig des Mittelstunnels fest mit dem Karosserieboden verbunden sind.
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Die bekannten Zug-Druckstreben bzw. Diagonalstreben werden üblicherweise aus Stahl gefertigt. Darüber hinaus besteht der Bedarf, insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Karosserien, die faserverstärkte Kunststoffe, wie beispielsweise CFK, aufweisen, die im Bereich des Mitteltunnels benötigten Diagonalstreben ebenfalls als Faserverbundkunststoffbauteile auszuführen.
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Die Krafteinleitung in derartige faserverstärkte Kunststoffstreben wird durch Einfräsungen und statisch überbestimmte Inserts hergestellt. Problematisch hierbei ist einerseits, dass die Fasern der Diagonalstreben teilweise durch die Einfräsungen beschädigt oder sogar durchtrennt werden. Andererseits liegen die Fasern, insbesondere Kohlenstofffasern, weitgehend offen im Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeugs und können leicht, beispielsweise durch Steinschläge, beschädigt werden. Ein weiteres Problem bei der Verwendung von Diagonalstreben aus Faserverbundwerkstoffen stellt deren Befestigung an der Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs fest. So können unzureichende Abdichtungen des Kontaktbereiches zwischen den Fasern und metallischen Bauteilen oder Befestigungsmitteln im Feuchtbereich des Unterbodens zu Korrosionserscheinungen an den Metallteilen führen.
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Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Streben sowie den bestehenden Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeugstrebe aus einem faserverstärkten Kunststoff anzugeben, die eine vergleichsweise hohe Festigkeit aufweist und gleichzeitig derart ausgeführt ist, dass eine Krafteinleitung in die Strebe auf besonders vorteilhafte Weise erfolgt. Ferner soll es mit verhältnismäßig einfachen Mitteln möglich sein, die Fasern vor Beschädigungen, insbesondere während der Herstellung und Montage der Streben, sowie vor Einflüssen von außen zu schützen.
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Die vorstehende Aufgabe wird mit einer Kraftfahrzeugstrebe gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Erfindungsgemäß ist eine Kraftfahrzeugstrebe, die einen mit Fasern verstärkten Kunststoff aufweist und die über wenigstens eine Befestigungsstruktur, an der zumindest ein weiteres Bauteil mittels eines Befestigungsmittels befestigbar ist, verfügt, derart weitergebildet worden, dass die Befestigungsstruktur als Ausnehmung ausgeführt ist und die Fasern in Längsrichtung zumindest abschnittsweise annähernd parallel zum Umfang der Ausnehmung angeordnet sind. Wesentliches technisches Merkmal der erfindungsgemäß ausgeführten Kraftfahrzeugstrebe ist somit eine geeignete, unidirektionale Anordnung der Fasern innerhalb der Strebe, so dass es im Bereich der Befestigungsstruktur nicht zu einem Knicken oder sogar Durchtrennen der Fasern, beispielsweise durch Einfräsungen, kommt. Vielmehr ist eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugstrebe derart ausgeführt, dass die Fasern die Befestigungsstruktur sozusagen umgeben, ohne selbst durchbrochen oder beschädigt zu sein. Vorzugsweise werden hierbei Endlosfaserlagen kraftflussorientiert, um ein als Befestigungsauge ausgeführte Befestigungsstruktur gewickelt und/oder geklebt. Die Krafteinleitung in die Kraftfahrzeugstrebe erfolgt hierbei über die ausgerundeten Befestigungsaugen in die Kraftfahrzeugstrebe mit den unidirektional angeordneten Fasern.
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In einer geeigneten Ausführungsform der Erfindung weisen die Fasern und/oder der mit Fasern verstärkte Kunststoff wenigstens abschnittsweise eine Ummantelung auf. Durch eine geeignete Ummantelung ist es möglich, die Fasern einer Kraftfahrzeugstrebe gegen Einflüsse von außen, wie sie beispielsweise durch Steinschläge im Bereich des Fahrzeugbodens hervorgerufen werden, zu schützen. Bevorzugt weist eine derartige Ummantelung Polyurethan (PUR) und/oder einen Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) auf. Alternativ oder in Ergänzung ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung denkbar, dass durch die Ummantelung eine elektrische Isolierung erreicht wird. Eine derartige elektrisch isolierende Ummantelung auf bevorzugte Weise durch einen Klebstoff und/oder einen Kunststoff realisiert.
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Durch eine optimale Ausgestaltung einer Zugstrebe, die sich durch eine erfindungsgemäße Anordnung der Fasern auszeichnet, ist es ferner denkbar, eine Zugstrebe zu erhalten, deren Zugfestigkeit der Faserfestigkeit entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, eine hochfeste Zugstrebe, die ein geringes Gewicht aufweist, herzustellen. Auf vorteilhafte Weise sind die erfindungsgemäß ausgeführten Zug-Druck- bzw. Querstreben als Streben zur Aussteifung der Bodenstruktur einer Kraftfahrzeugkarosserie, insbesondere im Bereich eines Mitteltunnels, einsetzbar.
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Im Folgenden wird die Erfindung ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 CFK-Zugstrebe mit mehreren Befestigungsaugen;
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2 CFK-Kraftfahrzeugstrebe mit Befestigungsauge und Kunststoffummantelung in einer Schnittansicht; sowie
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3 CFK-Kraftfahrzeugstrebe mit Befestigungsauge und Kunststoffummantelung in einer Draufsicht.
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1 zeigt eine Kraftfahrzeugstrebe 1, die aus einem mit Kohlenstofffasern 3 verstärkten Kunststoff gefertigt ist. Derartige CFK-Bauteile finden im Kraftfahrzeugbau zunehmend Verwendung, um insbesondere im Bereich der Fahrzeugkarosserie Gewichtseinsparungen erzielen zu können.
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Die dargestellte Kraftfahrzeugstrebe 1 stellt eine Zug-Druck- bzw. Querstrebe dar, wie sie beispielsweise im Bereich unterhalb des Mitteltunnels einer Bodenstruktur eines Kraftfahrzeugs zur Verbindung der beiden Seiten des Mitteltunnels eingesetzt wird. Zur Anbindung der als Querstrebe ausgeführten Kraftfahrzeugstrebe 1 an die Bodenstruktur bzw. an weitere Streben sind verschiedene Befestigungsstrukturen 2 vorgesehen, die im montierten Zustand der Kraftfahrzeugstrebe 1 die Befestigungspunkte bilden. Hierbei ist es denkbar, dass die Befestigungsstrukturen 2 entweder Durchgangsbohrungen mit zumindest annähernd kreisrundem Umfang oder aber wenigstens ein Langloch als Ausnehmung 6 aufweisen.
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Die in 1 dargestellte Kraftfahrzeugstrebe 1 weist drei Befestigungsstrukturen 2 auf, mit denen die Strebe 1 sowohl beidseitig des Mitteltunnels der Bodenstruktur als auch in der Mitte mit einer weiteren Diagonalstrebe verbindbar ist, wobei zwei Befestigungsstrukturen von Durchgangsbohrungen und eine Befestigungsstruktur ein Langloch als Ausnehmung gebildet sind. Alternativ wird ein nicht dargestelltes Befestigungssystem vorgeschlagen, bei dem lediglich eine Befestigungsstruktur von einem zumindest im Wesentlichen kreisrunden Durchgangsloch gebildet ist, während die mindestens eine andere Befestigungsstruktur als Langloch ausgebildet ist.
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Um eine vereinfachte Montage der Kraftfahrzeugstrebe 1 zu ermöglichen, ist eine der Befestigungsstrukturen 2 in Form eines Langloches ausgeführt, das während der Montage der Kraftfahrzeugstrebe 1 ein Verschieben der Strebe innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen ermöglicht. Die Fasern 3 verlaufen innerhalb der Kraftfahrzeugstrebe 1 im Wesentlichen in Längsrichtung (unidirektionale Fasern) der Strebe 1 und umlaufen die Ausnehmungen 6 bzw. die Befestigungsstruktur 2 annähernd parallel zu deren Umfang. Eine Beschädigung in Form einer Materialschwächung oder Quetschung der Fasern 3 während der Herstellung einer Kraftfahrzeugzugstrebe 1 mit Befestigungsstrukturen 2 wird bei der dargestellten Strebe 1 zuverlässig vermieden.
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Die Befestigungsstrukturen 2 der Kraftfahrzeugstrebe verfügen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über ein Befestigungselement 4, das eine Titanlegierung aufweist, und in das eine Ausnehmung 6 in Form einer Bohrung bzw. eines Langloches eingebracht ist. Bei der Herstellung der erfindungsgemäß ausgeführten Kraftfahrzeugzugstrebe 1 werden die Fasern 3 um das Befestigungselement 4 aus einer Titanlegierung herumgelegt, vorzugsweise in Endlosfaserlagen. Die Krafteinleitung über die derart gestalteten Befestigungselemente 4 bzw. Befestigungsaugen ermöglicht eine sichere Einleitung auch hoher Kräfte in die Kraftfahrzeugstrebe 1.
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2 zeigt eine Schnittansicht der in 1 gezeigten Kraftfahrzeugzugstrebe 1 im Bereich einer Befestigungsstruktur 2 Befestigungselement 4 und Ausnehmung 6. Die endseitig der Streben 1 vorgesehenen Befestigungsstrukturen 2 verfügen hierbei über ein tropfenförmiges Befestigungselement 4 aus einer Titanlegierung, in die als Ausnehmung 6 eine Durchgangsbohrung eingebracht worden ist. Das Befestigungselement 4 ist von Kohlenstofffasern 3, die in einen Kunststoff eingebettet sind, umgeben. Hierbei sind die Fasern 3 im Wesentlichen parallel zum Umfang der Ausnehmung 6 und/oder dem äußeren Umfang des Befestigungselements 4 angeordnet. In jedem Fall sind die Fasern 3 derart angeordnet, dass sie weder bei der Herstellung der Strebe 1 mit Befestigungsstruktur 2 noch bei der Befestigung der Strebe 1 an der Fahrzeugkarosserie gequetscht oder beschädigt werden.
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2 zeigt die Befestigungsstruktur 2 mit einem Befestigungselement 4 und einer Ausnehmung 6 in einer Schnittansicht. Die Ausnehmung 6 ist in Form einer Durchgangsbohrung in das Befestigungselement 4, das eine Titanlegierung aufweist, eingebracht. Die Ausnehmung 6 dient hierbei der Aufnahme einer Schraube bei der Montage der Strebe 1.
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Umgeben wird die Befestigungsstruktur 2 von unidirektional angeordneten Kohlenstofffasern 3, die in einen geeigneten Kunststoff eingebettet sind. Die Kohlenstofffasern 3 dienen hierbei der Aufnahme der in die Kraftfahrzeugzugstrebe 1 eingeleiteten Kräfte. Die in 2 in einer Schnittansicht dargestellte Kraftfahrzeugstrebe 1 verfügt des Weiteren über eine Kunststoffummantelung 5, um die Strebe auf geeignete Weise vor Steinschlägen, wie sie vornehmlich im Bereich eines Kraftfahrzeugbodens auftreten können, zu schützen.
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3 zeigt die im Zusammenhang mit 2 erläuterte und von Kohlenstofffasern 3 umgebene Befestigungsstruktur 2 nochmals in einer Draufsicht. Deutlich zu erkennen ist hierbei die tropfenförmige Ausführung des Befestigungselements 4, das aus einer Titanlegierung gefertigt ist. Im zentralen Bereich des tropfenförmigen Befestigungselements 4 ist eine Durchgangsbohrung 6 vorgesehen, die der späteren Aufnahme einer Schraube zur Befestigung der Kraftfahrzeugzugstrebe 1 an der Fahrzeugkarosserie dient.
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Die Kohlenstofffasern 3 sind in Endlosfaserlagen kraftflussorientiert, um die Befestigungsstruktur 2 gewickelt und/oder geklebt. Im äußeren Bereich der Fasern 3 ist wiederum eine Kunststoffummantelung 5 vorgesehen, um die Kraftfahrzeugzugstrebe, und hier insbesondere die Kohlenstofffasern 3, vor Steinschlägen zu schützen. Vorteilhaft an dem dargestellten fasergerechten Konzept bei der Herstellung einer Kraftfahrzeugzugstrebe 1 ist die Krafteinleitung über die ausgerundeten Befestigungselemente 4 mit den darin vorgesehenen Ausnehmungen 6.
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Eine hohe Festigkeit in diesem Bereich wird vor allem dadurch erreicht, dass die Zugfasern 1 nicht durchtrennt oder gefräst sind und somit in Bezug auf ihre Zugfestigkeit nicht geschwächt sind. Um die Fasern 3 vor negativen Einflüssen von außen, insbesondere Steinschlägen, zu schützen, ist im äußeren Bereich eine Kunststoffummantelung 5, die entweder aus Polyurethan oder einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk ausgeführt ist, vorgesehen. Eine elektrische Isolierung des mit Kohlenstofffasern 3 verstärkten Kunststoffes kann auf bevorzugte Weise ebenfalls durch eine Klebstoff- und/oder Kunststoffummantelung, die die vorgenannten Materialien enthält, erreicht werden.
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Mit einer erfindungsgemäß ausgeführten Kraftfahrzeugzugstrebe 1 aus einem Faserverbundkunststoff, insbesondere einem CFK, wird sichergestellt, dass die Fasern 3 bei der Montage nicht gequetscht werden und die Zugfestigkeit der Kraftfahrzeugstrebe 1 zumindest nahezu der Faserfestigkeit entspricht. Auf diese Weise wird trotz einer erheblichen Gewichtseinsparung eine Zug-Druck-Strebe, die eine besonders hohe Zugfestigkeit gewährleistet, bereitgestellt. Derartige Streben 1 können auf bevorzugte Weise im Karosseriebau, insbesondere als Diagonalstreben unterhalb des Mitteltunnels, verwendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004026299 A1 [0004]
