DE102012112313A1

DE102012112313A1 - Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102012112313A1
Application number: DE201210112313
Authority: DE
Inventors: Philipp Scheiner; Markus Flaig
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-06-18

Abstract

Kraftfahrzeugkarosserie (10) in Space-Frame-Bauweise, mit Profilen (12), die an Knoten (12) miteinander verbunden sind, wobei die Profile (11) aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen, wobei die Knoten (12) aus einem Leichtmetall bestehen, und wobei die Profile (11) aus dem faserverstärkten Kunststoff mit den Knoten (12) aus dem Leichtmetall durch Kleben unmittelbar verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kraftfahrzeugkarosserie.
Kraftfahrzeugkarosserien in Space-Frame-Bauweise sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. So werden Kraftfahrzeugkarosserien in Space-Frame-Bauweise auch als Gitterrahmen-Kraftfahrzeugkarosserien bezeichnet. Aus der Praxis bekannte Kraftfahrzeugkarosserien in Space-Frame-Bauweise verfügen über Profile aus Leichtmetall, die über Knoten aus Leichtmetall miteinander verbunden sind. Bei den Profilen aus Leichtmetall handelt es sich vorzugsweise um Aluminium-Strangpressprofile. Bei den Knoten aus Leichtmetall handelt es sich vorzugsweise um Aluminium-Druckgussteile. Nach der Praxis sind die Profile aus dem Leichtmetall und die Knoten aus dem Leichtmetall mittels Schweißen verbunden. Solche Kraftfahrzeugkarosserien in Space-Frame-Bauweise verfügen über ein geringes Gewicht.
Kraftfahrzeugkarosserien in Space-Frame-Bauweise sind zum Beispiel aus der US 5,338,080 und aus der US 5,343,666 bekannt.
Aus der DE 10 2008 060 355 A1 ist es bekannt, ein Profil aus einem Faserverbundkunststoff an eine Leichtmetallstruktur mittels eines Verbindungsmittels aus Metall anzubinden. Das Verbindungsmittel aus Metall ist einerseits mit der Leichtmetallstruktur und andererseits mit dem Profil aus Faserverbundkunststoff verbunden.
Eine weitere Verbindungsanordnung zum Verbinden eines Bauteils aus einem faserverstärktem Kunststoff und eines Bauteils aus einem Stahlwerkstoff ist aus der DE 10 2010 053 843 A1 bekannt. Das Bauteil aus dem faserverstärktem Kunststoff ist mit dem Bauteil aus dem Stahlwerkstoff mittels eines metallischen Zwischenstücks verbunden, wobei das Zwischenstück mit dem Bauteil aus dem faserverstärkten Kunststoff unlösbar verbunden ist.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine neuartige Kraftfahrzeugkarosserie und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kraftfahrzeugkarosserie zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeugkarosserie gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß bestehen die Profile aus einem faserverstärkten Kunststoff, wobei die Knoten aus einem Leichtmetall bestehen, und wobei die Profile aus dem faserverstärkten Kunststoff mit den Knoten aus dem Leichtmetall durch Kleben unmittelbar verbunden sind.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals eine Kraftfahrzeugkarosserie in Space-Frame-Bauweise vorgeschlagen, bei welcher die Profile aus einem faserverstärktem Kunststoff bestehen, die mit den Knoten aus dem Leichtmetall durch Kleben unmittelbar verbunden sind. Es sind keine Zwischenstücke zur Verbindung der Profile mit den Knoten der Space-Frame-Kraftfahrzeugkarosserie erforderlich. Hierdurch ergibt sich nicht nur eine Kraftfahrzeugkarosserie mit einem äußerst geringen Gewicht, sondern vielmehr auch eine einfache Bauweise bzw. ein einfacher Aufbau einer solchen Kraftfahrzeugkarosserie.
Vorzugsweise bestehen die Profile auf einem CFK-Werkstoff oder einem GFK-Werkstoff und die Knoten aus einem Aluminiumwerkstoff oder aus einem Magnesiumwerkstoff. Eine solche Werkstoffkombination für die Profile aus dem faserverstärkten Kunststoff und die Knoten aus dem Leichtmetall ist besonders bevorzugt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist jeder Knoten zur Anbindung mindestens eines Profils mindestens eine Öffnung auf, in die das jeweilige Profil mit einem Abschnitt eingeführt und in der das jeweilige Profil über den eingeführten Abschnitt durch Kleben fixiert ist, wobei die jeweilige Öffnung des Knotens vorzugsweise eine Einführschräge von zwischen 2° und 16°, insbesondere von zwischen 4° und 6°, aufweist. Hierdurch ist eine besonders einfache und effiziente, unmittelbare Verbindung zwischen den Profilen der Space-Frame-Kraftfahrzeugkarosserie und den Knoten der Space-Frame-Kraftfahrzeugkarosserie möglich. Zudem wird eine Automatisierung erleichtert, z.B. ein Einsatz von Robotern, indem die Anforderungen an die Genauigkeit der Positionierung gesenkt werden. Auch wird einem Abstreifen bzw. Abscheren des Klebstoffs beim Verbinden entgegengewirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeugkarosserie ist in Anspruch 8 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 einen schematisierten Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkarosserie;
2 ein Detail der einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkarosserie; und
3 einen Querschnitt durch das Detail der 2;
4 den Querschnitt der 4 vor dem Fügen.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugkarosserie in Space-Frame-Bauweise, wobei eine Space-Frame-Bauweise auch als Gitterrahmenkonstruktion bezeichnet wird. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen, in Space-Frame-Bauweise ausgebildeten, Kraftfahrzeugkarosserie 10, wobei die Kraftfahrzeugkarosserie 10 der 1 über mehrere Profile 11 verfügt, die über Knoten 12 miteinander verbunden sind.
Bei den Profilen 11 der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkarosserie 10 handelt es sich um Profile 11 aus einem faserverstärktem Kunststoff. Vorzugsweise sind die Profile 11 aus einem CFK-Werkstoff oder einem GFK-Werkstoff gefertigt.
Bei den Knoten 12 der Kraftfahrzeugkarosserie 10, die der Verbindung der Profile 11 dienen, handelt es sich um Knoten 12 aus einem Leichtmetall. Vorzugsweise sind die Knoten 12 aus einem Aluminiumwerkstoff oder aus einem Magnesiumwerkstoff gefertigt.
Die Profile 11 aus dem faserverstärktem Kunststoff und die Knoten 12 aus dem Leichtmetall sind durch Kleben unmittelbar miteinander verbunden. Die Verbindung der Profile 11 aus dem faserverstärktem Kunststoff mit den Knoten 12 aus dem Leichtmetall erfolgt demnach direkt ohne Zwischenanordnung von speziellen Verbindungsmitteln.
Bei den Profilen 11 aus dem faserverstärktem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um als Hohlprofile ausgebildete Pultrusionsprofile, die auch als Pultrusionshohlprofile bezeichnet werden. Bei den Knoten 12 aus dem Leichtmetall handelt es sich um Gussbauteile, vorzugsweise um Druckgussbauteile.
Wie bereits ausgeführt, sind die Profile 11 aus dem faserverstärkten Kunststoff und die Knoten 12 aus dem Leichtmetall unmittelbar durch Kleben miteinander verbunden. Hierzu weist jeder Knoten 12 zur Anbindung mindestens eines Profils 11 (siehe insbesondere 2) mindestens eine Öffnung 13 auf, in die das jeweilige Profil 11 mit einem Abschnitt 14 eingeführt bzw. eingelegt und in der das jeweilige Profil 11 über den eingeführten Abschnitt 14 durch Kleben fixiert ist. 2 bis 4 zeigen eine zwischen dem Profil 11 und dem Knoten 12 ausgebildete Kleberschicht 15.
Wie am besten 3 und 4 entnommen werden kann, verfügt die jeweilige Öffnung 13 des jeweiligen Knotens 12, in die das jeweilige Profil 11 eingeführt bzw. eingelegt wird, über eine Einführschräge 16, wobei die Einführschräge 16 einen Winkel von zwischen 2° und 16°, insbesondere einen Winkel von zwischen 4° und 6°, aufweist.
Hiermit ist eine besonders effektive Verbindung des Profils 11 mit dem Knoten 12 durch Verkleben möglich. Die Einführschräge 16 verhindert eine Abscherung des Klebstoffs beim Einfügen des Profils 11 in den Knoten 12 und bewirkt eine gute Verpressung der miteinander zu verbindenden Oberflächen von Profil 11 und Knoten 12.
Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei den Knoten 12 um Knoten aus einem Leichtmetall, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff bzw. Magnesiumwerkstoff, die durch einen Druckgießprozess hergestellt sind.
Bei den Profilen 11 aus einem faserverstärktem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um CFK-Hohlprofile oder um GFK-Hohlprofile, die vorzugsweise durch Pultrusion hergestellt werden.
Dann, wenn die Fasern des faserverstärkten Kunststoffs in einem speziellen Winkel zueinander verlaufen sollen, können die Profile aus dem faserverstärkten Kunststoff auch durch Pullwinding oder Pullbraiding hergestellt werden.
Details der Pultrusion, des Pullwindings bzw. Pullbraidings sind dem hier angesprochenen Fachmann geläufig und bedürfen keiner näheren Erläuterung.
Zum Herstellen der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugkarosserie werden die Profile 11 aus dem faserverstärkten Kunststoff und die Knoten 12 aus dem Leichtmetall miteinander verklebt.
Das Verkleben erfolgt vorzugsweise derart, dass vor dem Fügen eines Profils 11 und eines Knotens 12 auf das jeweilige Profil 11 und/oder auf dem jeweiligen Knoten 12 Klebstoff zum Beipiel über Wirbelsprühen oder als Raupe oder als Streifen aufgetragen wird. Im Anschluss werden das Profil 11 und der Knoten 12 zusammengesteckt und der Klebstoff wird induktiv angehärtet. Die Anhärtung des Klebestoffs ist von Vorteil, um innerhalb der geringen Taktzeiten in der Karosseriefertigung die Handlingsfestigkeit zu erreichen.
Nach dem Anhärten des Klebstoffs und der Verbindung der Profile 11 aus dem faserverstärktem Kunststoff mit den Knoten 12 aus Leichtmetall wird vorzugsweise die Kraftfahrzeugkarosserie über eine katodische Tauchlackierung lackiert, wobei der Klebstoff im Trocknerdurchlauf bzw. Ofen der kathodischen Tauchlackierung aushärtet.
Der Klebstoff 15, der zwischen die miteinander verbundenen Oberflächen von Profilen 11 und Knoten 12 aufgebracht ist, fungiert als elektrisch isolierende Zwischenschicht und schützt die miteinander verbundenen Bauteile der Kraftfahrzeugkarosserie 10 vor einer sogenannten Kontaktkorrosion.
Die Erfindung erlaubt die Bereitstellung einer sehr leichten Kraftfahrzeugkarosserie, die einfach gefertigt werden kann. An die Knoten aus Leichtmetall können weitere Bauteile, wie zum Beispiel Bleche aus Leichtmetall, durch Schweißen angebunden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5338080 [0003]
US 5343666 [0003]
DE 102008060355 A1 [0004]
DE 102010053843 A1 [0005]

Claims

Kraftfahrzeugkarosserie in Space-Frame-Bauweise, mit Profilen (12), die an Knoten (12) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (11) aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen, dass die Knoten (12) aus einem Leichtmetall bestehen, und dass die Profile (11) aus dem faserverstärkten Kunststoff mit den Knoten (12) aus dem Leichtmetall durch Kleben unmittelbar verbunden sind.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (11) aus einem CFK-Werkstoff oder einem GFK-Werkstoff bestehen.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (11) als Pultrusionshohlprofile ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Knoten (12) aus einem Aluminiumwerkstoff oder aus einem Magnesiumwerkstoff bestehen.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Knoten (12) als Gussbauteile ausgebildet sind.
Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Knoten (12) zur Anbindung mindestens eines Profils (11) mindestens eine Öffnung (13) aufweist, in die das jeweilige Profil (11) mit einem Abschnitt (14) eingeführt und in der das jeweilige Profil (11) über den eingeführten Abschnitt (14) durch Kleben fixiert ist.
Kraftfahrzeugkarosserie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Öffnung (13) des Knotens (12) eine Einführschräge von zwischen 2° und 16°, insbesondere von zwischen 4° und 6°, aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Kraftfahrzeugkarosserie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff 15 vor dem Fügen eines Profils 11 und eines Knotens 12 auf das jeweilige Profil 11 und/oder den jeweiligen Knoten 12 aufgetragen wird, das jeweilige Profil 11 und der jeweiligen Knoten 12 zusammengesteckt werden und der Klebstoff 15 angehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anhärten des Klebstoffs 15 induktiv durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anhärten des Klebstoffs die Kraftfahrzeugkarosserie über kathodisches Tauchlackieren lackiert wird, wobei der Klebstoffs 15 vollständig aushärtet.