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Die Erfindung betrifft eine A-Säule für einen Kraftwagen.
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Ein Strukturbauteil ist aus der
DE 60313144 T2 bekannt. Das dort gezeigte Strukturbauteil für eine Rohbaustruktur eines Kraftwagens umfasst wenigstens ein Verstärkungsteil, welches als ein mit metallischen Fasern verstärktes Kunststoffteil ausgebildet ist.
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Die
DE 10 2009 051 460 A1 zeigt ein Hohlprofil aufweisendes mehrschaliges Strukturbauteil für eine Rohbaustruktur eines Kraftwagens, wobei mehrere, das Strukturbauteil ausbildende Strukturschalen zu dem geschlossenen Hohlprofil zusammengefügt sind. Ferner umfasst das Strukturbauteil ein Verstärkungselement, welches in Teilbereichen des Hohlprofils form- bzw. konturangepasst ausgebildet und angeordnet ist. Die Strukturschalen sind dabei aus Stahlblech ausgebildet und das Verstärkungselement ist aus einem faserverstärkten Kunststoffteil ausgebildet.
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Das US Patent
US 7,759,267 B2 zeigt eine mehrschichtige, faserverstärkte Folie für Kraftfahrzeuginnenraum-Konstruktionsbauteile, wobei die mehrschichtige, faserverstärkte Folie folgendes enthält: eine poröse, faserverstärkte, thermoplastische Kernschicht, die eine Vielzahl von Verstärkungsfasern enthält, die mit einem Kunstharz verklebt sind, wobei diese durchlässige Kernschicht eine Dichte von 0,1 g/cm
3 bis 1,8 g/cm
3 hat und eine erste Oberfläche sowie eine zweite Oberfläche enthält; wenigstens eine erste Verstärkungshaut, die auf die erste Oberfläche aufgebracht ist; und wenigstens eine zweite Verstärkungshaut, die auf die zweite Oberfläche aufgebracht ist; wobei jeweils die erste und die zweite Verstärkungshaut eine Matrix von Verstärkungsfasern und ein thermoplastisches Harz enthalten, die Verstärkungsfasern in jeweils der ersten Verstärkungshaut bidirektional ausgerichtet sind und die Verstärkungsfasern in jeweils der zweiten Verstärkungshaut bidirektional ausgerichtet sind. Die mehrschichtigen, faserverstärkten Folien, enthalten dabei bei der jeweils ersten und zweiten Verstärkungshaut zwischen 50 und 80 Gewichtsprozent Verstärkungsfasern.
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Die US Patentanmeldung
US 2008/0203743 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer stoßabsorbierenden Vorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Matrixvolumens; b) Bereitstellen einer bandartigen Vorrichtung, die längliche Metallelemente umfasst; c) Pressformen des Matrixvolumens; d) danach, Befestigen der bandartigen Vorrichtung an dem pressgeformten Matrixvolumen.
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Die europäische Patentanmeldung
EP 2 019 027 A1 beschreibt Verstärkungselemente zur Verstärkung in Hohlräumen von strukturellen Bauteilen, wobei diese Verstärkungselemente aus einem schaumbaren Material bestehen und an ihrer Außenseite zumindest teilweise einen Faserwerkstoff aufweisen, welcher mit einer härtenden Klebstoffzusammensetzung versehen ist. Dadurch, dass der Faserwerkstoff durch das schaumbare Material an die Innenwand des Hohlraums gepresst wird während die härtende Klebstoffzusammensetzung noch nicht ausgehärtet ist, passt er sich Hohlräumen beliebiger Struktur an und ermöglicht die Verstärkung auch an schwer zugänglichen Stellen.
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Strukturbauteile für Rohbaustrukturen eines Kraftwagens werden zunehmend aus faserverstärkten Kunststoffteilen ausgebildet, da mit diesen Teilen bei einer hohen Festigkeit gleichzeitig eine nicht unerhebliche Gewichtsersparnis erzielbar ist. Nachteilig an insbesondere mit nichtmetallischen Fasern verstärkten Kunststoffteilen ist, dass diese üblicherweise relativ spröde brechen, wobei Bruchstücke von den faserverstärkten Kunststoffteilen abbrechen können.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strukturbauteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, von welchem sich auch bei einer großen Verformung bzw. großen Krafteinwirkung keine Bruchstücke ablösen.
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Diese Aufgabe wird durch eine A-Säule mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Ablösen von Bruchstücken auch bei großen Verformungen bzw. einwirkenden Kräften bei einem Strukturbauteil für eine Rohbaustruktur eines Kraftwagens zu verhindern, ist es bei einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil vorgesehen, dass das als separates Teil ausgebildete Verstärkungsteil wenigstens bereichsweise an einem Strukturteil angebracht ist, welches als ein mit nichtmetallischen Fasern verstärktes Kunststoffteil ausgebildet ist. Das aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildete Strukturteil wird also erfindungsgemäß durch wenigstens ein metallisch verstärktes Kunststoffteil verstärkt, welche eine gewisse Duktilität des so ausgebildeten Gesamtverbundes gewährleistet. Dadurch wird erzielt, dass sich auch bei einer großen Krafteinwirkung auf das Strukturbauteil mit einer entsprechend großen Verformung keine Bruchstücke aus dem Gesamtverbund dem Strukturteil herauslösen, da der Gesamtverbund mittels des Verstärkungsteils zusammengehalten wird. Das erfindungsgemäße Strukturbauteil kann somit auch in Bereichen eines Kraftwagens eingesetzt werden, die im Falle eines Crashs sehr viel Verformung erfahren.
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Die Erfindung sieht vor, dass das Kunststoffteil des Verstärkungsteils aus einem Thermoplast ausgebildet ist, innerhalb welchem die metallischen Fasern angeordnet sind. Die metallischen Fasern können somit besonders einfach in das Kunststoffteil eingebracht werden, da der Thermoplast dafür lediglich aufgeschmolzen werden muss, wonach die metallischen Fasern in diesem angeordnet werden können, wobei nach einem erneuten Aushärten des Thermoplastes die metallischen Fasern sicher in dem Kunststoffteil eingebettet sind.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Kunststoffteil des Verstärkungsteils als Kunststofffolie oder Kunststoffmatte ausgebildet ist. Somit kann das Kunststoffteil eine besonders flexible Struktur aufweisen, so dass dieses besonders einfach an das Strukturteil angelegt und konturnah an diesem angebracht werden kann. Dadurch werden sich eventuell herauslösende Bruchstücke des Strukturbauteils in einem Crashfall sicher von dem Verstärkungsteil gehalten, so dass diese nicht absplittern können.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das Strukturteil als geschlossenes, einen mehreckigen Querschnitt mit einer entsprechenden Anzahl an Teilmantelflächen aufweisendes Hohlprofil ausgebildet ist. Dadurch weist das Strukturteil eine besonders hohe Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit, auf, wobei das Strukturbauteil aufgrund seines Hohlprofils sehr leichtgewichtig ausgebildet sein kann.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass eine Mehrzahl der Teilmantelflächen von dem Verstärkungsteil umschlossen ist. Zum einen kann dadurch eine besonders gute Verbindung zwischen dem Verstärkungsteil und dem Strukturteil erzielt werden, wobei zum anderen dadurch absplitternde Bruchstücke von dem Strukturteil besonders von dem Verstärkungsteil gehalten werden können.
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Schließlich ist es vorgesehen, dass das Strukturteil an jeweiligen Flanschflächen mit einem das Strukturteil fahrzeugaußenseitig umgebenden Beplankungsteil verklebt ist, wobei das Verstärkungsteil zwischen dem Strukturteil und dem Beplankungsteil angeordnet ist. Mit anderen Worten ist das Verstärkungsteil nur an dem Strukturteil und nicht an dem Beplankungsteil befestigt, wobei gleichzeitig das Strukturteil von dem Beplankungsteil in optisch ansprechender Weise verdeckt werden kann. Entsprechende Toleranzen sind gegebenenfalls also im Wesentlichen nur zwischen dem Verstärkungsteil und dem Strukturteil vorzusehen, aber nicht zwischen dem Beplankungsteil und dem Verstärkungsteil. Dadurch kann das Strukturbauteil insgesamt kostengünstiger hergestellt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die nichtmetallischen Fasern aus Kohlefasern ausgebildet sind. Dadurch weist das faserverstärkte Strukturteil eine besonders hohe Steifigkeit auf, welche bei einem relativ geringen Gewicht erzielbar ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die metallischen Fasern aus Stahl ausgebildet sind, wodurch eine besonders hohe Duktilität bei dem Verstärkungsteil erzielbar ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die metallischen Fasern als Drähte ausgebildet sind, wobei eine jeweilige Mehrzahl der metallischen Fasern zu Litzen verdrillt und innerhalb des Verstärkungsteils angeordnet sind. Dadurch kann ein relativ großer Anteil an metallischen Verstärkungsfasern in das Verstärkungsteil eingebracht werden, wobei die Litzen bei einer wesentlich größeren Verformung erst brechen ein massiver Draht mit dem gleichen Durchmesser der Litzen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Mehrzahl der Teilmantelflächen von dem Verstärkungsteil umschlossen ist. Zum einen kann dadurch eine besonders gute Verbindung zwischen dem Verstärkungsteil und dem Strukturteil erzielt werden, wobei zum anderen dadurch absplitternde Bruchstücke von dem Strukturteil besonders von dem Verstärkungsteil gehalten werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verstärkungsteil wenigstens bereichsweise mit dem Strukturteil verklebt ist.
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Dies trägt dazu bei, dass sich eventuell von dem Strukturteil ablösende Bruchstücke in einem Crashfall an dem mit diesem verklebten Verstärkungsteil verbleiben und somit davor bewahrt werden können, sich von dem Strukturbauteil zu lösen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine Perspektivansicht auf ein Strukturbauteil für eine Rohbaustruktur eines Kraftwagens.
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Ein Strukturbauteil 10 für eine Rohbaustruktur eines hier nicht dargestellten Kraftwagens umfasst ein Beplankungsteil 12, ein Verstärkungsteil 14 und ein Strukturteil 16. Bei dem Strukturbauteil 10 handelt es sich vorliegend um eine A-Säule für einen Kraftwagen. Allerdings kann das Strukturbauteil 10, je nach Ausgestaltungsform, im Wesentlichen für beliebige Teile einer Rohbaustruktur eines Kraftwagens vorgesehen sein.
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Sowohl das Beplankungsteil 12 als auch das Strukturteil 16 sind aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet, wobei es sich bei beiden Teilen 12, 16 um ein mit nichtmetallischen Fasern verstärktes Kunststoffteil handelt. Das Beplankungsteil 12 und das Strukturteil 16 können beispielsweise als kohlefaserverstärktes Kunststoffteil ausgebildet sein. Alternativ können die Verstärkungsfasern auch aus Aramid, Polyester, Nylon, Polyethylen, Plexiglas oder dergleichen oder in einer Mischform vorliegen.
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Bei dem Verstärkungsteil 14 handelt es sich um ein mit metallischen Fasern verstärktes Kunststoffteil. Die metallischen Fasern sind dabei aus Stahl ausgebildet. Das Kunststoffteil des Verstärkungsteils 14 ist aus einem Thermoplast ausgebildet, innerhalb welchem die metallischen Fasern angeordnet sind. Vorliegend ist das Kunststoffteil 14 als Kunststofffolie oder Kunststoffmatte ausgebildet, innerhalb welchen die metallischen Verstärkungsfasern angeordnet sind. Die metallischen Fasern können dabei als Drähte ausgebildet sein, wobei eine jeweilige Mehrzahl der metallischen Fasern zu Litzen verdrillt und innerhalb des Kunststoffteils 14 angeordnet sein können.
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Wie zu erkennen, ist das Strukturteil 16 als geschlossenes, einen mehreckigen Querschnitt mit einer entsprechenden Anzahl an Teilmantelflächen 18 aufweisendes Hohlprofil ausgebildet. Vorliegend sind dabei drei der Teilmantelflächen 18 von dem Verstärkungsteil 14 umschlossen und mit diesem verklebt. Beispielsweise kann das Verstärkungsteil 12 über die gesamte Lange des Strukturteils 16 im Bereich der Mantelflächen 18 mit diesem verklebt sein.
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Des Weiteren ist das Strukturteil 16 an jeweiligen Flanschflächen 20 mit dem das Strukturteil 16 fahrzeugaußenseitig umgebenden Beplankungsteil 12 verklebt, wobei das Verstärkungsteil 14 zwischen dem Strukturteil 16 und dem Beplankungsteil 12 angeordnet ist. Das Strukturbauteil 10 ist dabei derart ausgebildet, dass zwischen dem Verstärkungsteil 14 und dem Beplankungsteil 12 ein nicht näher bezeichneter Hohlraum ausgebildet ist. Mit anderen Worten liegt das Verstärkungsteil 14 also ausschließlich nur an dem Strukturteil 16 an.
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In einem Crashfall, bei welchem eine entsprechend große Kraft auf das Strukturbauteil 10 einwirkt, kann dies zu einer entsprechenden Deformation des Strukturbauteils 10 führen. Je nach mechanischen Eigenschaften des Strukturteils 16 kann bei einer entsprechend großen Belastung bzw. Verformung ein Sprödbruch auftreten, wobei sich gegebenenfalls einzelne Teile aus dem Strukturteil 16 lösen können. Das Verstärkungsteil 14 gewährleistet jedoch eine entsprechend große Duktilität des als Gesamtverbund ausgebildeten Strukturbauteils 10, wobei gleichzeitig sich gegebenenfalls aus dem Strukturteil 16 herauslösende oder abbrechende Bruchstücke durch das Verstärkungsteil 14 zusammengehalten werden. Ein derart aufgebautes Strukturbauteil 10 kann somit auch in Bereichen eines Kraftwagens eingesetzt werden, die im Falle eines Crashs sehr viel Verformung erfahren.
