DE102014216021A1 - Reinforced structural element for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Strukturelement für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Sandwichstruktur mit einer oberen Decklage aus faserverstärktem Kunststoff und einer unteren Decklage aus faserverstärktem Kunststoff bereitgestellt, wobei die beiden Decklagen zumindest in einem ersten Abschnitt durch eine zwischen der oberen und der unteren Decklage angeordnete Zwischenschicht beabstandet sind, wobei eine Dicke der Sandwichstruktur in dem ersten Abschnitt größer als in einem zweiten Abschnitt des Strukturelements ist, und die obere und die untere Decklage sowie die Zwischenschicht in dem ersten Abschnitt miteinander vernäht sind.There is provided a structural element for a motor vehicle comprising a sandwich structure with an upper cover layer made of fiber-reinforced plastic and a lower cover layer of fiber-reinforced plastic, wherein the two cover layers are spaced at least in a first section by an intermediate layer disposed between the upper and the lower cover layer, wherein a thickness of the sandwich structure in the first section is greater than in a second section of the structural element, and the upper and lower cover layers and the intermediate layer in the first section are sewn together.
Description
Die Erfindung betrifft ein Strukturelement für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a structural element for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
Strukturbauteile von Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Bodenelemente, werden zum Zwecke einer Gewichtsreduzierung bei gleichzeitig hoher Tragfestigkeit in Sandwichbauweise eingesetzt.Structural components of motor vehicles, such as floor elements, are used for the purpose of weight reduction with high structural strength in sandwich construction.
So ist beispielsweise aus der
Jedoch weist eine Sandwichbauweise allgemein die Eigenschaft auf, dass sich im Falle eines Crashs die einzelnen Schichten trotz Verklebung leicht voneinander lösen können und somit das Bauteil seine Tragfestigkeit verliert.However, a sandwich construction generally has the property that in the event of a crash, the individual layers can easily detach from each other despite bonding and thus the component loses its load-bearing capacity.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Strukturelement für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches ein möglichst geringes Gewicht sowie eine hohe Crash-Festigkeit aufweist.The object of the invention is therefore to provide a structural element for a motor vehicle, which has the lowest possible weight and high crash resistance.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Strukturelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved with a structural element having the features of claim 1. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.
Demnach wird ein Strukturelement für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Sandwichstruktur mit einer oberen Decklage aus faserverstärktem Kunststoff und einer unteren Decklage aus faserverstärktem Kunststoff bereitgestellt, wobei die beiden Decklagen zumindest in einem ersten Abschnitt durch eine zwischen der oberen und der unteren Decklage angeordnete Zwischenschicht beabstandet sind. Außerdem ist eine Dicke der Sandwichstruktur in dem ersten Abschnitt größer als eine Dicke in einem zweiten Abschnitt des Strukturelements. Die obere und die untere Decklage sowie die Zwischenschicht sind in dem ersten Abschnitt miteinander vernäht.Accordingly, a structural element for a motor vehicle comprising a sandwich structure is provided with an upper cover layer made of fiber-reinforced plastic and a lower cover layer of fiber-reinforced plastic, wherein the two cover layers are spaced apart at least in a first section by an intermediate layer disposed between the upper and the lower cover layer. In addition, a thickness of the sandwich structure in the first section is greater than a thickness in a second section of the structural element. The upper and lower cover layers and the intermediate layer are sewn together in the first section.
Es wird also ein Strukturelement vorgeschlagen, welches mindestens den ersten und den zweiten Abschnitt aufweist, wobei sich die Abschnitte in ihren Dicken unterscheiden. Jeder der Abschnitte kann vorzugsweise flächig ausgestaltet sein. Aufgrund der unterschiedlichen Dicken ist es möglich, das Strukturelement lokal in dem ersten Abschnitt mittels der größeren Dicke zu verstärken und dagegen in dem zweiten Abschnitt Gewicht und Bauraum einzusparen, indem die Dicke dort lokal reduziert ist.Thus, a structural element is proposed which has at least the first and the second section, the sections differing in their thicknesses. Each of the sections can preferably be designed flat. Due to the different thicknesses, it is possible to reinforce the structural element locally in the first section by means of the greater thickness and, on the other hand, to save weight and installation space in the second section by locally reducing the thickness.
Um eine Festigkeit des Strukturelements dennoch zu erhöhen, ist eine Verstärkung des Strukturelements vorgesehen, indem die beiden Decklagen zusammen mit der Zwischenschicht vernäht werden. Vorzugsweise sind die Decklagen und die Zwischenschicht zusätzlich verklebt, entweder durch eine stoffschlüssige Verbindung des faserverstärkten Kunststoffmaterials der Deckschichten mit dem Material der Zwischenschicht, also ohne zusätzlichen Klebstoff, oder durch eine Verklebung mit separatem Klebstoff.In order to increase a strength of the structural element nevertheless, a reinforcement of the structural element is provided by the two cover layers are sewn together with the intermediate layer. Preferably, the cover layers and the intermediate layer are additionally glued, either by a cohesive connection of the fiber-reinforced plastic material of the cover layers with the material of the intermediate layer, ie without additional adhesive, or by a bond with a separate adhesive.
Mit Hilfe der Vernähung wird der Zusammenhalt der Decklagen mit der Zwischenschicht derart erhöht, dass selbst bei hohen Krafteinwirkungen eine Delamination verhindert oder zumindest verringert wird, um die ansonsten drohende Gefahr eines schlagartigen Festigkeitsverlustes zu verhindern.With the help of suturing, the cohesion of the cover layers with the intermediate layer is increased in such a way that delamination is prevented or at least reduced even at high force effects in order to prevent the otherwise imminent danger of a sudden loss of strength.
Vorzugsweise definiert der erste Abschnitt einen Lastpfad für einen Crashfall des Fahrzeugs und/oder einen Randbereich des Strukturelements. Entsprechend wirken die vernähten Lagen im Randbereich des Strukturelements auf besondere Weise, da sie eine Delamination bereits am Rand des Strukturelements verhindern. Eine über das Strukturelement hinweg fortschreitende Delamination kann somit bereits in ihrem Beginn verhindert werden.The first section preferably defines a load path for a crash case of the vehicle and / or an edge region of the structural element. Accordingly, the sewn layers in the edge region of the structural element act in a special way, as they prevent delamination already at the edge of the structural element. A delamination proceeding beyond the structural element can therefore already be prevented in its beginning.
Die Verstärkung des Strukturelements mittels der Vernähung im Bereich der Lastpfade ermöglicht es deren Festigkeit zu erhöhen. Die Lastpfade können also durch das lokale Vernähen gezielt in das Strukturelement eingebracht und dieses lokal verstärkt werden. Außerhalb der Lastpfade kann entsprechend der zweite Abschnitt mit reduzierter Dicke vorgesehen und eine entsprechende Gewichtsreduzierung erzielt werden. Somit ergibt sich eine vorteilhafte Wechselwirkung, aufgrund derer ein besonders leichtes und dennoch festes Bauteil bereitgestellt wird.The reinforcement of the structural element by means of suturing in the region of the load paths makes it possible to increase their strength. The load paths can thus be deliberately introduced into the structural element by the local sewing and this can be strengthened locally. Outside the load paths can be provided according to the second section with reduced thickness and a corresponding weight reduction can be achieved. This results in an advantageous interaction, due to which a particularly lightweight, yet solid component is provided.
Des Weiteren kann die obere Decklage und die untere Decklage in dem zweiten Abschnitt flächig aufeinander liegen oder durch die Zwischenschicht voneinander beabstandet sein. Dies bedeutet, dass im zweiten Abschnitt entweder die Decklagen direkt aneinander liegen oder ebenfalls – wie im ersten Abschnitt – eine Zwischenschicht zwischen beiden Decklagen angeordnet ist. Da jedoch der zweite Abschnitt eine geringere Dicke aufweist als der erste Abschnitt, kann vorzugsweise auch die Zwischenschicht im zweiten Abschnitt eine geringere Dicke aufweisen als deren Dicke im ersten Abschnitt.Furthermore, the upper cover layer and the lower cover layer in the second section may lie flat on one another or be spaced apart from one another by the intermediate layer. This means that in the second section, either the cover layers lie directly against each other or - as in the first section - an intermediate layer between the two cover layers is also arranged. However, since the second portion has a smaller thickness than the first portion, preferably, the intermediate layer in the second portion may have a smaller thickness than the thickness in the first portion.
Um die Festigkeit des Strukturelements zusätzlich zu erhöhen, ist es möglich, die beiden Decklagen des zweiten Abschnitts und/oder die Zwischenschicht und die beiden Decklagen des zweiten Abschnitts ebenfalls miteinander zu vernähen. Auf diese Weise wird insbesondere die Festigkeit des zweiten Abschnitts, und damit des gesamten Strukturelements, erhöht, so dass sich dessen Dicke und somit dessen Gewicht weiter reduzieren lässt.In order to additionally increase the strength of the structural element, it is also possible to also sewn the two cover layers of the second section and / or the intermediate layer and the two cover layers of the second section together. In this way, in particular the strength of the second section, and thus of the entire Structural element increases, so that its thickness and thus its weight can be further reduced.
Außerdem kann das Vernähen ein Vernähen und/oder Tuften in einer Dickenrichtung des Strukturelements umfassen. Insbesondere kann ein Vernähen und/oder Tuften mittels Kunststoff-, Kevlar-, Aramid-, Glas- oder Kohlefasern erfolgen. Die Nähfäden werden also in Dickenrichtung (z-Richtung des Strukturelements) eingebracht und verbinden somit die beiden Decklagen und gegebenenfalls die Zwischenschicht des ersten und/oder des zweiten Abschnitts miteinander, um einer Delamination entgegenzuwirken. Hierzu können die Nähfäden die Sandwichstruktur in Dickenrichtung vollständig oder lediglich teilweise bis zu einer gewissen Tiefe durchdringen. Zum Beispiel kann ein Nähmuster mit einem Abstand der Einstichstellen zwischen 2 und 20 mm, vorzugsweise 5 und 10 mm, besonders bevorzugt 6 mm, eingesetzt werden (beispielhaft dargestellt in
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Dicke der oberen und/oder unteren Decklage jeweils zwischen 0,5 und 5 mm, insbesondere ca. 3 mm, betragen.According to one embodiment, a thickness of the upper and / or lower cover layer may each be between 0.5 and 5 mm, in particular approximately 3 mm.
Die Zwischenschicht kann zum Beispiel eine Wabenstruktur (sogenannte Honeycombs) und/oder eine Schaumschicht sein, insbesondere eine Schaumschicht aus Kunststoff- oder Metallschaum, wobei eine Dicke der Zwischenschicht im ersten Abschnitt vorzugsweise 5 bis 40 mm, besonders bevorzugt 10 mm, beträgt.The intermediate layer can be, for example, a honeycomb structure (so-called honeycombs) and / or a foam layer, in particular a foam layer of plastic or metal foam, wherein a thickness of the intermediate layer in the first section is preferably 5 to 40 mm, particularly preferably 10 mm.
Des Weiteren kann der zweite Abschnitt von einem Randabschnitt umrandet sein, wobei vorzugsweise der Randabschnitt eine Dicke aufweist, die im Wesentlichen gleich der Dicke des ersten Abschnitts ist. Dementsprechend ist der zweite Abschnitt entweder rundum oder zumindest in Teilen seiner Ränder durch den Randabschnitt begrenzt. Der Randabschnitt kann je nach Ausführung und Anordnung in den ersten Abschnitt übergehen.Furthermore, the second portion may be bordered by an edge portion, wherein preferably the edge portion has a thickness that is substantially equal to the thickness of the first portion. Accordingly, the second portion is bounded either all around or at least in part of its edges by the edge portion. The edge portion may transition to the first section depending on the design and arrangement.
Vorzugsweise kann das Strukturelement einen Boden, einen Zwischenboden, eine Dachstruktur des Kraftfahrzeugs und/oder ein plattenförmiges Bauteil, insbesondere einen Boden oder Deckel eines Hochvoltspeichers, definiert. Das Strukturelement kann hierzu als flächiges Bauteil, insbesondere plattenförmig (mit Ausnahme des zweiten Abschnitts) als ebene oder ein- oder zweidimensional gekrümmte Platte ausgeführt sein. Zum Beispiel kann das Strukturelement ein flächiges Karosserieelement, insbesondere ein Kotflügel, ein Fahrzeugdach oder eine Motorhaube, sein Außerdem kann der zweite Abschnitt eine Ausnehmung, zum Beispiel für eine Fußstütze, eines Fahrzeuginnenraumes definieren.The structural element can preferably define a floor, an intermediate floor, a roof structure of the motor vehicle and / or a plate-shaped component, in particular a floor or cover of a high-voltage accumulator. For this purpose, the structural element can be embodied as a planar component, in particular in the form of a plate (with the exception of the second portion) as a flat or one or two-dimensionally curved plate. For example, the structural element can be a planar body element, in particular a fender, a vehicle roof or a bonnet. In addition, the second section can define a recess, for example for a footrest, of a vehicle interior.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings with reference to embodiments. Show it:
In
In einem zweiten Abschnitt
Wie insbesondere aus
Der erste Abschnitt
Um die Gesamtfestigkeit nochmals zu erhöhen, können die beiden Decklagen
Vorzugsweise erfolgt das Vernähen durch Vernähen oder Tuften in der Dickenrichtung z des Strukturelements
Beispielsweise kann die Zwischenschicht
Wie in
Wie in
Das im Wesentlichen plattenförmige Strukturelement
Bei einer Verwendung als Boden oder Zwischenboden, kann der zweite Abschnitt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 3035644 A1 [0003] DE 3035644 A1 [0003]
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