DE102013001040A1

DE102013001040A1 - Karosseriebauteil für eine Fahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102013001040A1
Application number: DE201310001040
Authority: DE
Inventors: Daniel Werum
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: DE102013001040B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Karosseriebauteil (1) für eine Fahrzeugkarosserie mit wenigstens einem ein- oder mehrteiligen, metallischen Profilteil (2), wobei die Schwellervorrichtung (1) mit einem aus faserverstärktem Kunststoff hergestellten Verstärkungsteil (3) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass auf der dem Fahrgastinnenraum (4) der Fahrzeugkarosserie (10) zugewandten Innenseite (2a) des Karosseriebauteils (2) bereichsweise wenigstens ein in Profilrichtung des Profilteils (2) verlaufender Verstärkungsstreifen (3) als Verstärkungsteil angeordnet ist. Das Karosseriebauteil ist vorzugsweise als Schwellervorrichtung oder als Seitenwandquerträger der Fahrzeugkarosserie (10) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil für eine Fahrzeugkarosserie mit wenigstens einem ein- oder mehrteiligen, metallischen Profilteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Schwellervorrichtung, auch Schweller genannt ist Teil einer selbsttragenden Fahrzeugkarosserie und setzt sich in der Regel aus mehreren Profilteilen zusammen, so dass ein geschossener Querschnitt entsteht. Dem Schweller kommt bei einem Seitenaufprall eine wichtige Bedeutung zu, da dort die Aufprallenergie gezielt abgebaut werden muss. Daher darf die Schwellervorrichtung nicht zu steif sein, um die entsprechende Aufprallenergie abbauen zu können, aber andererseits muss die Intrusionstiefe möglichst gering sein, um einen möglichst großen Überlebensraum für Fahrzeuginsassen zu erhalten.
Aus der DE 10 2009 057 734 A1 ist ein gattungsbildendes Karosseriebauteil bekannt, das als Trägerteil einer Trägerstruktur einer Fahrzeugkarosserie bereichsweise mit einem Verstärkungsteil aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) versehen ist. Dieses Verstärkungsteil dient dazu, im Übergang von unterschiedlichen Hohlquerschnitten der Schwellervorrichtung auch eine ausreichende Steifigkeit im Bereich des kleineren Querschnitts der Schwellervorrichtung sicherzustellen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine verbessertes Karosseriebauteil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Intrusion bei einem Frontal- oder Seitenaufprall wesentlich vermindert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Karosseriebauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Ein solches Karosseriebauteil für eine Fahrzeugkarosserie mit wenigstens einem ein- oder mehrteiligen, metallischen Profilteil, wobei das Karosseriebauteil mit einem aus faserverstärktem Kunststoff hergestellten Verstärkungsteil ausgebildet ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass auf der dem Fahrgastinnenraum der Fahrzeugkarosserie zugewandten Innenseite des Karosseriebauteils bereichsweise wenigstens ein in Profilrichtung des Profilteils verlaufender Verstärkungsstreifen als Verstärkungsteil angeordnet ist.
Eine solches Karosseriebauteil, welches vorzugsweise als Schwellervorrichtung oder als Seitenwandquerträger ausgebildet ist, führt insbesondere im Fahrzeugkarosserieleichtbau, wenn bspw. dieses Karosseriebauteil aus Aluminium hergestellt wird, zu verbesserten Crash-Eigenschaften. Da bei dem erfindungsgemäßen Karosseriebauteil der aus faserverstärktem Kunststoff hergestellte Verstärkungsstreifen auf der dem Fahrgastinnenraum zugewandten Seite des Karosseriebauteils angeordnet ist, entsteht bei einem Seiten- oder Frontallaufprall aufgrund des wesentlichen höheren Elastizitätsmoduls und der wesentliche höheren Festigkeit gegenüber Aluminium, insbesondere bei Verwendung von CFK als faserverstärktem Kunststoff eine wesentlich geringere Verformung in Richtung der Fahrgastzelle, d. h. dass auch die Intrusion wesentlich geringer ist als ohne einen solchen Verstärkungsstreifen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Karosseriebauteils liegt darin, dass selbst bei einem die Zerstörung des Verstärkungsstreifens bewirkenden Aufprall aufgrund der besseren Crash-Eigenschaften von FVK-Bauteilen gegenüber Aluminium, nämlich der höheren Energieaufnahme die Intrusionstiefe wesentlich geringer ist als ohne Verstärkungsstreifen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Profilteil mit mehreren gegeneinander abgesetzten und in Fahrzeughochrichtung orientierten Seitenflächen ausgebildet, wobei jeweils ein an die in Profilrichtung verlaufende Kontur der Seitenflächen angepasster ebener Verstärkungsstreifen auf den Seitenflächen angeordnet ist. Somit sind mehrere solcher ebenen Verstärkungsstreifen formschlüssig auf diesen Seitenflächen angeordnet und tragen zu einer wesentlichen Versteifung des Karosseriebauteils bei, die einer Verformung in Richtung des Fahrgastinnenraumes hohen Widerstand entgegensetzt.
Eine höhere Festigkeit wird weiterbildungsgemäß dadurch erreicht, dass der Verstärkungsstreifen durch Verwendung eines unidirektionalen Gewebes mit einem streifenförmigen Zuschnitt hergestellt ist.
Ferner ist es auch möglich, anstelle eines ebenen Verstärkungsstreifens auch eine teilweise das Profil umgreifende Geometrie zu realisieren.
Die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellten Verstärkungsstreifen können mittels einer Klebeverbindung oder mittels einer Nietverbindung mit dem Karosseriebauteil kraftschlüssig verbunden werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Karosseriebauteil werden durch das Aufbringen wenigstens eines Verstärkungsstreifens auf der Innenseite des Karosseriebauteils die idealen Crash-Eigenschaften des faserverstärkten Kunststoffes, insbesondere bei Verwendung eines Faserkunststoffverbundes genutzt. Die Auswahl der Faser, ob also Basalt, Glas, Kohlenstoff, Aramid- oder Polyamidfaser usw. verwendet wird, erfolgt belastungs- und kostengerecht.
Ein solches erfindungsgemäßes Karosseriebauteil kann mit Vorteil als Schwellervorrichtung oder als Seitenwandquerträger verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Schwellervorrichtung einer Fahrzeugkarosserie,
2 eine Schnittdarstellung des Schnittes I-I gemäß 1,
3 eine schematische Darstellung des Details A gemäß 2 zur Darstellung einer Nietverbindung, und
4 eine schematische Darstellung des Details A gemäß 3 in einer alternativen Ausführung.
Die 1 und 2 zeigen eine Schwellervorrichtung 1 als Karosserieteil einer Fahrzeugkarosserie 10, welche aus einem Profilteil 2 aus Aluminium mit mehreren Kammern aufgebaut ist, so dass ein Mehrkammerprofil gebildet wird. In Richtung der Fahrgastzelle, also in Richtung des Fahrgastinnenraums 4 der Fahrzeugkarosserie 10 ist gemäß 1 die Schwellervorrichtung 1 über ein Bodenblech an zwei Querträger 7 und 8 angebunden. Ferner zeigt 1 die Situation eines Seitenaufpralls mit einem Pfahl 6, der vom Außenraum 5 in die Schwellervorrichtung 1 intrudiert.
Der Schnitt I-I der Schwellervorrichtung 1 gemäß 2 zeigt das mehrkammrige Profilteil 2 mit einer dem Fahrgastinnenraum 4 zugewandten Innenseite 2a, die zwei gegeneinander abgesetzte Seitenflächen 2b und 2c aufweist.
Auf diesen Seitenflächen 2b und 2c ist jeweils ein Verstärkungsstreifen 3 und 3a aus einem CFK-Werkstoff flächenschlüssig angeordnet, wobei die Breite dieser Verstärkungsstreifen 3 und 3a im Wesentlichen der Breite in z-Richtung (Fahrzeughochachse) dieser Seitenflächen 2b und 2c entspricht.
Aus 1 ist ersichtlich, dass mit solchen Verstärkungsstreifen 3 und 3a bei einem Pfahlaufprall nur eine geringe Intrusion der Schwellervorrichtung 1 in Richtung des Fahrgastinnenraums 4 bewirkt wird.
Die möglichen Verbindungsarten der Verstärkungsstreifen 3 und 3a sind in den 3 und 4 dargestellt.
Gemäß 3 können die bspw. aus einem CFK-Werkstoff fertig hergestellten, also auch ausgehärteten Verstärkungsstreifen 3 und 3a mittels Blindnieten 9 mit der Seitenfläche 2b bzw. 2c des Profilteils 2 verbunden werden.
Gemäß 4 kann die Verbindung der Verstärkungsstreifen 3 und 3a mit der Seitenfläche 2b bzw. 2c auch dadurch hergestellt werden, dass zunächst unausgehärtete CFK-Prepregs 3' auf die Seitenflächen 2b und 2c aufgebracht werden und beim Aushärten des Profilteils 2 zusammen mit den Prepregs 3' das Harz sich unter Wärmezufuhr zunächst verflüssigt und anschließend unter Bildung einer Klebeverbindung mit dem Aluminium des Profilteils 2 verfestigt.
Zur Herstellung der Verstärkungsstreifen 3 und 3a wird ein unidirektionales Gelege mit streifenförmigen Zuschnitt verwendet, bei dem alle Fasern in eine Richtung, nämlich in x-Richtung orientiert sind, wodurch sich ein besonders hohes Elastizitätsmodul und eine hohe Festigkeit erzielen lässt.
Bezugszeichenliste

1: Schwellervorrichtung
2: Profilteil
2a: Innenseite des Profilteils 2
2b: innere Seitenfläche des Profilteils 2
2c: inneren Seitenfläche des Profilteils 2
3: Verstärkungsteil, Verstärkungsstreifen
3a: Verstärkungsteil, Verstärkungsstreifen
3': unausgehärtetes Prepreg des Verstärkungsstreifens 3, 3a
4: Fahrgastinnenraum
5: Außenraum der Fahrzeugkarosserie 10
6: Pfahl
7: Querträger
8: Querträger
9: Blindniet
10: Fahrzeugkarosserie

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

DE 102009057734 A1 [0003]

Claims

Karosseriebauteil (1) für eine Fahrzeugkarosserie mit wenigstens einem ein- oder mehrteiligen, metallischen Profilteil (2), wobei die Schwellervorrichtung (1) mit einem aus faserverstärktem Kunststoff hergestellten Verstärkungsteil (3) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Fahrgastinnenraum (4) der Fahrzeugkarosserie (10) zugewandten Innenseite (2a) des Karosseriebauteils (2) bereichsweise wenigstens ein in Profilrichtung des Profilteils (2) verlaufender Verstärkungsstreifen (3) als Verstärkungsteil angeordnet ist.
Karosseriebauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilteil (2) mit mehreren gegeneinander abgesetzten und in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) orientierten Seitenflächen (2b, 2c) ausgebildet ist, wobei jeweils ein an die in Profilrichtung verlaufende Kontur der Seitenflächen (2b, 2c) angepasster ebener Verstärkungsstreifen (3, 3a) auf den Seitenflächen (2b, 2c) angeordnet ist.
Karosseriebauteil (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsstreifen (3, 3a) mit einem unidirektionalen Gewebe mit einem streifenförmigen Zuschnitt ausgebildet ist.
Karosseriebauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsstreifen (3, 3a) aus einem kohlen-, basalt-, glas-, aramid- oder polyamidfaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist.
Karosseriebauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosseriebauteil (1) als Schwellervorrichtung oder als Seitenwandquerträger der Fahrzeugkarosserie (10) ausgebildet ist.