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Die Erfindung betrifft ein Stirnwandmodul in Hybridbauweise für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Im Serienfahrzeugbau von Personenkraftwagen sind zur Verringerung des Treibstoffverbrauchs und der dadurch bedingten Emissionen unter anderem Bestrebungen zur Reduzierung des Gewichts von Stirnwandmodulen unternommen worden. Insbesondere Hybridbauweisen derartiger Stirnwandmodule haben sich dabei als vorteilhaft gezeigt. Bei derartigen Hybridbauweisen ist wenigstens ein flächiges Wandelement aus einem metallischen Werkstoff mit einem flächigen Kunststoffelement verbunden. Derartige Hybridbauweisen haben den Vorteil, einerseits äußerst gewichtsgünstig zu sein und andererseits die Vorzüge beider Werkstoffe nutzen zu können. Derartige Stirnwandmodule sind beispielsweise aus der
DE 33 46 260 C2 , aus der
EP 0 672 576 A1 und aus der
DE 34 40 701 C2 als bekannt zu entnehmen.
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Schließlich offenbart die
DE 10 2005 061 280 B3 ein umgeformtes flächiges Halbzeug, mit wenigstens einer versteifenden Einlage aus Metall oder Kunststoff, die zumindest teilweise formschlüssig in spritzgegossenem Kunststoff eingebettet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stirnwandmodul der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches einerseits besonders gewichtsgünstig und Bauraum sparend ausgebildet ist und andererseits ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Stirnwandmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Stirnwandmodul der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einerseits besonders gewichtsgünstig und Bauraum sparend gestaltet ist und andererseits ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten aufweist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Wandelement und das Kunststoffelement in einem überwiegenden Flächenbereich des Stirnwandmoduls aneinander anliegend ausgebildet sind und in wenigstens einem Flächenbereich des Stirnwandmoduls unter Ausbildung eines Profilelements voneinander beabstandet sind.
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Das Wandelement wird durch das Kunststoffelement verstärkt, so dass das Wandelement mit einer besonders geringen Materialdicke und somit in seinem Gewicht besonders leicht ausgestaltet werden kann. Eine hinreichende Festigkeit und Steifigkeit ist dabei durch das Kunststoffelement gewährleistet. Somit kann das dünnwandige, flächige Wandelement beispielsweise aus einem Metallblech gebildet werden, welches durch das Kunststoffelement verstärkt ist.
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In Flächenbereichen des Stirnwandmoduls, in welchen beispielsweise infolge einer Einleitung von unfallbedingten Kräften und/oder infolge einer Einleitung von Kräften aus dem Aufbau eine erhöhte Struktursteifigkeit erforderlich ist, sind das Wandelement und das Kunststoffelement unter Ausbildung des Profilelements voneinander beabstandet, wodurch ein hohlprofilartiges Versteifungselement gebildet ist. Im Bereich des Profilelements wird demzufolge eine Art Kastenprofil geschaffen, welches einen Hohlquerschnitt aufweist. Durch das Profilelement können beispielsweise Lastpfade bei einem Frontalaufprall bereitgestellt werden, über welche unfallbedingte Lasten aufgenommen und in anderweitige Strukturbauteile des Kraftwagens weitergeleitet werden können.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Wandelement als dünnwandiges Metallblech, insbesondere als dünnwandiges Stahlblech, ausgestaltet ist. Hierdurch weist das Wandelement eine sehr hohe Duktilität und somit ein sehr vorteilhaftes Verformungsverhalten auf, so dass die Fahrgastzelle bei einem Unfall geschützt werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Kunststoffelement aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet. Durch einen derartigen, faserverstärkten Kunststoff ist – bezogen auf sein Gewicht – ein besonders stabiles und steifes Kunststoffelement bzw. Stirnwandmodul insgesamt geschaffen.
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Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn eine Faserverstärkung des Kunststoffelements auf den an dem Wandelement anliegenden Flächenbereich und den wenigstens einen das Profilelement bildenden Flächenbereich des Stirnwandmoduls abgestimmt ist. Eine derartige Abstimmung kann insbesondere vorsehen, dass Faserlagen der Faserverstärkung beispielsweise in Richtung und Anzahl an die Belastung angepasst sind. So ist es beispielsweise insbesondere denkbar, dass in demjenigen Flächenbereich, der das Profilelement bildet, eine stabilere Faserverstärkung vorgesehen ist als im überwiegenden Flächenbereich, in welchem das Wandelement und das Kunststoffelement aneinander anliegen. Beispielsweise ist denkbar, im Flächenbereich des Profilelements mehr Fasern vorzusehen als im überwiegenden Flächenbereich des Stirnwandmoduls.
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Die Ausgestaltung eines Stirnwandmoduls in Hybridbauweise eignet sich besonders gut, das Gewichteinsparungspotential der Hybridbauweise auszuschöpfen, da es sich bei dem Stirnwandmodul um ein besonders großformatiges Bauteil handelt.
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Das Stirnwandmodul zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass durch das Profilelement ein Stirnwandquerträger des Stirnwandmoduls gebildet ist. Der Stirnwandquerträger ist dabei auf einfache Weise durch Beabstanden des Kunststoffelements vom Wandelement geschaffen. Insbesondere kann durch den Stirnwandquerträger somit wenigstens ein Lastpfad bereitgestellt werden, über welchen unfallbedingte Lasten übertragen werden können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass ein Hohlraum des Versteifungselements zumindest teilweise durch einen Kunststoff ausgefüllt ist. Durch das Ausfüllen des Hohlraums wird erreicht, dass auch in diesem Flächenbereich das vorzugsweise äußere Wandelement hinreichend am Kunststoffelement abgestützt ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Kunststoff, mit dem der Hohlraum des Profilelements zumindest teilweise ausgefüllt ist, als Schaumstoff ausgebildet. Ein solcher Schaumstoff ist besonders gewichtsgünstig und trägt somit insgesamt zur leichten und steifen Gesamtkonfiguration des Stirnwandmoduls bei.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn Kabel, Kanäle oder dergleichen Leitungen in dem Hohlraum des Profilelements verlegt sind. Dem Profilelement kommt somit eine Doppelnutzung zu. Dabei wird es einerseits zur Aussteifung des Stirnwandmoduls und andererseits zur verborgenen Aufnahme entsprechender Leitungen genutzt.
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Das Stirnwandmodul zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass sich das Kunststoffelement zumindest annähernd über die gesamte Breite bzw. Länge des Stirnwandmoduls erstreckt. Mit anderen Worten sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, dass das Kunststoffelement in seiner Dimensionierung zumindest annähernd an das Wandelement angepasst ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine schematische Vorderansicht auf ein Stirnwandmodul in Hybridbauweise für einen Aufbau eines Personenkraftwagens, mit einem flächigen Wandelement und einem mit diesem verbundenen flächigen Kunststoffelement, wobei das Wandelement und das Kunststoffelement in einem überwiegenden Flächenbereich des Stirnwandmoduls aneinander anliegend und in wenigstens einem Flächenbereich des Stirnwandmoduls unter Ausbildung eines Profilelements in Form eines Stirnwandquerträgers voneinander beabstandet sind; und
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2 eine schematische Schnittansicht des Stirnwandmoduls entlang einer in 1 gezeigten Schnittlinie A-A.
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In 1 ist in einer schematischen Vorderansicht ein Stirnwandmodul 10 in Hybridbauweise für einen Aufbau eines Kraftwagens – vorliegend eines Personenkraftwagens – dargestellt. 2 zeigt dabei eine schematische Schnittansicht des Stirnwandmoduls 10 entlang einer in 1 gezeigten Schnittlinie A-A. Dabei ist insbesondere erkennbar, dass das Stirnwandmodul 10 ein flächiges Wandelement 12 umfasst, welches bezogen auf einen an der Personenkraftwagenkarosserie angeordneten Zustand des Stirnwandmoduls 10 in Fahrzeuglängsrichtung außenseitig angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Wandelement 12 durch ein dünnwandiges Metallblech, insbesondere ein dünnwandiges Stahlblech, geschaffen. Alternativ wäre anstelle einer Stahllegierung natürlich auch eine andere Metalllegierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung, denkbar.
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Wie in 1 erkennbar ist, weist das Stirnwandmodul 10 einen Tunnelbereich 11 auf, welcher gegenüber sich an den Tunnelbereich 11 anschließenden Bereichen des Stirnwandmoduls 10 in Fahrzeughochrichtung nach oben zurückversetzt ist. Im Tunnelbereich 11 kann beispielsweise ein Getriebe des Personenkraftwagens zumindest teilweise aufgenommen werden.
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Zur Aussteifung des dünnwandigen Wandelements 12 dient ein flächiges Kunststoffelement 14 in Form einer Schicht, welche auf der Innenseite des Stirnwandmoduls 10 angeordnet und mit dem Wandelement 12 verbunden ist. Dabei ist erkennbar, dass sich das Kunststoffelement 14 über die zumindest annähernd gesamte Fläche des Stirnwandmoduls 10, also über die zumindest annähernd gesamte Länge und Breite des Wandelements 12, erstreckt. Im Unterschied zu anderen Herstellungsverfahren, bei welchen das jeweilige Kunststoffelement beispielsweise nur einen Teilbereich des Wandelements 12 abdeckt, ist vorliegend also eine großflächige und zumindest überwiegende Verbindung des Kunststoffelements 14 mit dem Wandelement 12 vorgesehen. Diese Verbindung kann beispielsweise durch Verkleben des Kunststoffelements 14 mit dem Wandelement 12 oder durch unmittelbares Aufbringen des Kunststoffelements 14 auf das Wandelement 12 erfolgen.
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Das Wandelement 12 und das Kunststoffelement 14 sind in einem überwiegenden Flächenbereich des Stirnwandmoduls 10 aneinander anliegend ausgebildet. Dieser überwiegende Flächenbereich setzt sich vorliegend aus Flächenteilbereichen 16, 18 zusammen. In diesen Flächenteilbereichen 16, 18 ist das dünnwandige Wandelement 12 durch das anliegende Kunststoffelement 14 entsprechend verstärkt und weist dadurch eine sehr hohe Steifigkeit und Festigkeit auf. Somit kann das Wandelement 12 dünnwandig und somit gewichts- sowie bauraumgünstig ausgebildet werden. Dennoch ist eine hinreichende Steifigkeit und Festigkeit gewährleistet.
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In einem Flächenbereich 20 sind das Wandelement 12 und das Kunststoffelement 14 unter Ausbildung eines Profilelements 22 voneinander beabstandet. Das Profilelement 22 erstreckt sich dabei in Fahrzeugquerrichtung, wobei durch das Profilelement 22 ein in das Stirnwandmodul 10 integrierter Stirnwandquerträger geschaffen ist. Durch entsprechende Beabstandung des Kunststoffelements 14 vom Wandelement 12 können weitere Versteifungselemente in Form von Profilelementen gebildet werden, so dass das Stirnwandmodul 10 in den entsprechenden Bereichen eine besonders hohe Steifigkeit aufweist.
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Das Profilelement 22 weist dabei einen Hohlquerschnitt auf, welcher in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten und in Fahrzeughochrichtung durch das Kunststoffelement 14 begrenzt und in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne durch das Wandelement 12 geschlossen ist. Dies bedeutet, dass der Hohlquerschnitt durch eine wannenartige Vertiefung 24 des Kunststoffelements 14 gebildet ist, die einen Boden 26 sowie Seitenwandungen 28, 30 aufweist. Dabei stellt das Wandelement 12 eine Art Deckel dar, durch welchen die wannenartige Vertiefung 24 unter Bildung des geschlossenen Hohlquerschnitts verschlossen ist.
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Ein Hohlraum 32 des Profilelements 22 ist durch einen Kunststoff 34, insbesondere einen Schaumstoff, zumindest teilweise oder wie vorliegend vollständig ausgefüllt. Dadurch ist das Wandelement 12 auch im Flächenbereich 20 über den Kunststoff 34 am Kunststoffelement 14 abgestützt.
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Durch die kastenprofilartige Anordnung des Wandelements 12 und des Kunststoffelements 14 in dem Flächenbereich 20 ist eine gewünschte Aussteifung geschaffen, um eine entsprechende Gesamtsteifigkeit des Stirnwandmoduls 10 zu erreichen. Hierdurch kann die Fahrgastzelle, welche durch das Stirnwandmodul 10 in Fahrzeuglängsrichtung von einem Motorraumbereich getrennt ist, vor Intrusionen geschützt werden.
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Das Kunststoffelement 14 ist vorzugsweise mit einer Faserverstärkung, welche in 1 und 2 nicht erkennbar ist, versehen, die in ihrer Faserlage an jeweilige Belastungen angepasst ist. So ist es beispielsweise denkbar, in dem Flächenbereich 20 eine größere Anzahl an Fasern einzusetzen als in den Flächenteilbereichen 16, 18, in welchen das Kunststoffelement 14 den sandwichartigen, anliegenden Verbund mit dem Wandelement 12 bildet. Vorzugsweise kommen als Fasern solche aus Karbon bzw. Kohlenstoff, Glas oder Aramid zum Einsatz.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3346260 C2 [0002]
- EP 0672576 A1 [0002]
- DE 3440701 C2 [0002]
- DE 102005061280 B3 [0003]
