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Die Erfindung betrifft ein Crashelement für eine Kraftfahrzeugtür, ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Kraftfahrzeugkarosserie, die solche Crashelemente aufweist.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Kraftfahrzeugtüren mit einem Seitenaufprallschutz auszustatten. Hierbei handelt es sich zumeist um in den Türen verbaute Profile und/oder Streben, welche eine seitliche Aufprallenergie aufnehmen und absorbieren sollen. In der
DE 10 2007 063 540 A1 ist ein Fahrzeug beschrieben, das eine an der Tür angeordnete Versteifungseinrichtung in Form eines Seitenaufprallträgers umfasst.
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Neuere Konzepte sehen vor, dass in Fahrzeugtüren auch Crashelemente angeordnet werden können, welche bei einer in Längsrichtung des Fahrzeugs wirkenden Aufprallenergie den Türausschnitt versteifen, sodass der Türausschnitt bzw. -rahmen weitgehend unverformt bleibt. Diese Crashelemente müssen sich beim Crash an den benachbarten Karosseriesäulen der Kraftfahrzeugkarosserie abstützen ohne abzurutschen.
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Die nachveröffentlichte
DE 10 2016 203 339 A1 offenbart ein solches stabartiges, metallenes Crashelement an einer Fahrzeugtür, das an einem Ende einen Metalldorn aufweist, der bei einem Crash in eine benachbarte Säule eindringt.
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Die
FR 2917336 A1 offenbart ein Crashelement bestehend aus einer massiven, metallenen Verstärkungsstange an der ein Metallstift angeschweißt ist. Dieser Metallstift dringt bei einem Aufprall in eine benachbarte Säule ein.
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Die nachveröffentlichte
DE 10 2015 012 670 A1 offenbart eine Aussparung in einer Säule in die ein sich über die Länge der Tür erstreckender Seitenaufprallträger im Falle eines Unfalls einschuht.
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Die
DE 10 2011 117 798 A1 offenbart ein einteiliges Crashelement mit einem Vorsprung und eine Fahrzeugsäule mit einer Aufnahme, derart, dass bei einem Unfall der Vorsprung formschlüssig in die Aufnahme eingreift und dort gehalten wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine leichtgewichtige Alternative zu den bereits bekannten Crashelementen aufzuzeigen.
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Ein solches alternatives Crashelement ist Gegenstand des Patentanspruchs 1. Mit nebengeordneten Patentansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Herstellverfahren und auf eine Kraftfahrzeugkarosserie. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
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Das erfindungsgemäße Crashelement zur Anordnung in einer Kraftfahrzeugtür hat einen stabartigen Körper aus einem Faserkunststoffverbund (FKV) der an wenigstens einem seiner axialen Enden, bevorzugt an dem in Fahrtrichtung vorderen Ende und insbesondere an beiden Enden, einen Dorn bzw. Dornfortsatz aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, sich bei einem Fahrzeugunfall bzw. Crash in eine benachbarte Karosseriesäule (z. B. in die A-Säule, B-Säule oder C-Säule) einzudrücken bzw. einzubohren und dabei insbesondere das Säulenblech zu durchstechen. Der Dorn ist mittels einer SMC-Masse (Sheet Molding Compound) am Körper des Crashelements befestigt, insbesondere derart, dass aus der SMC-Masse ein Endstück bzw. ein Kopfstück geformt ist, in dem der Dorn eingebettet ist, wobei die Dornspitze aus diesem Endstück herausragt. Durch die Aufprallenergie stellt der Dorn somit bei einem Crash, insbesondere bei einem Frontalcrash, eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Crashelement und der Karosseriesäule her, sodass ein Abrutschen oder Abgleiten nicht mehr möglich ist und das Crashelement seine vorgesehene Funktion, nämlich die Versteifung des Türrahmens bzw. Türausschnitts, erfüllen kann. Das erfindungsgemäße Crashelement kann optional auch als Seitenaufprallschutz fungieren. Das erfindungsgemäße Crashelement kann auch als Türaufprallträger bezeichnet werden.
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Der stab- bzw. stangenartige Körper weist eine axiale Erstreckung und insbesondere eine gerade axiale Erstreckung auf. Das Crashelement bzw. dessen stabartiger Körper kann massiv ausgebildet sein und ist bevorzugt als Rohr ausgebildet.
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Bei dem stabartige Körper des Crashelements handelt es sich bevorzugt um ein FKV-Rohr, z. B. um ein Pultrusionsrohr. Als Fasermaterialien kommen bspw. Kohlenstoff- und/oder Glasfasern und als Kunststoffmaterialien (Matrixmaterial) kommen sowohl thermoplastische als auch duroplastische Kunststoffe in Betracht. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Körper aus einem Faserkunststoffverbundlaminat, womit insbesondere ein Laminatverbund verschiedener Faserkunststoffverbundmaterialien gemeint ist, gebildet ist. So kann ein FKV-Rohr bspw. ein CFK-Rohr sein, das eine äußere GFK-Schicht aufweist, die z. B. durch Auf- bzw. Umwickeln erzeugt ist.
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Der Dorn kann aufgrund einer kegelförmigen Gestalt und/oder über eingeformte Vertiefungen (bspw. Nuten) oder dergleichen hinterschnittig in die SMC-Masse eingebettet sein. Insbesondere bei einem als Rohr ausgebildeten Körper kann vorgesehen sein, dass der Dorn an seinem hinteren Ende zusätzlich auf einer das Rohrende verschließenden Stützplatte oder Ähnlichem abgestützt ist. Die Stützplatte ist bspw. aus einem Stahlblech gebildet und kann beim Aufbringen der SMC-Masse auch deren Eindringen in das offene Rohrende verhindern.
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Bevorzugt ist der Dorn als Kegel oder als Zylinder mit Kegelspitze ausgebildet. Der Dorn ist bevorzugt ein Stahldorn und insbesondere ein gehärteter Stahldorn.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Crashelements umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen eines stabartigen Körpers aus Faserkunststoffverbund, der insbesondere ein FKV-Rohr ist;
- - Einlegen des Körpers in die Kavität eines geöffneten Presswerkzeugs, wobei an wenigstens einem axialen Ende des Körpers bzw. FKV-Rohrs noch ein Dorn in der Kavität platziert wird, und wobei gegebenenfalls noch das Rohrende mit einer Stützplatte abgedeckt wird;
- - Einbringen einer definierten Menge SMC-Masse in die Kavität;
- - Schließen des Presswerkzeugs und Ausführen eines Pressvorgangs, wobei aus der SMC-Masse an wenigstens einem Ende des Körpers ein Endstück angeformt und darin der Dorn befestigt bzw. eingebettet wird;
- - Öffnen des Presswerkzeugs und Entformen des Crashelements, nachdem die SMC-Masse ausgehärtet ist.
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Bevorzugt werden zwei Endstücke erzeugt, wobei in nur einem Endstück (vorzugsweise dem vorderen Endstück) ein Dorn vorgesehen sein kann oder in beiden Endstücken. Beim Erzeugen der Endstücke können ferner noch Befestigungselemente oder andere Funktionselemente ausgebildet werden.
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Das Verfahren ermöglicht die Herstellung eines erfindungsgemäßen Crashelements in nur einem Arbeits- bzw. Pressvorgang. Das Crashelement ist nach dem Entformen im Wesentlichen verbaufertig. Die Endstücke können auch nacheinander erzeugt werden.
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Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugkarosserie zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest die Vordertüren, d. h. die Fahrer- und Beifahrertür, wenigstens ein erfindungsgemäßes oder erfindungsgemäß hergestelltes Crashelement aufweisen. Bevorzugt weisen auch die Hintertüren und/oder wenigstens eine Schiebetür wenigstens ein solches Crashelement auf.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen können die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine PKW-Kraftfahrzeugkarosserie.
- 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung das vordere Ende eines Crashelements, welches in einer Vordertür der Kraftfahrzeugkarosserie aus 1 eingebaut ist.
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Die in 1 gezeigte PKW-Kraftfahrzeugkarosserie 100 umfasst in bekannter Weise A-Säulen 110, B-Säulen 120 und C-Säulen 130. Zwischen den A-Säulen 110 und B-Säulen 120 befinden sich die Türausschnitte für die Vordertüren 140 und zwischen den B-Säulen 120 und C-Säulen 130 befinden sich die Türausschnitte für die Hintertüren 150. In den Vordertüren 140 sind erfindungsgemäße Crashelemente 200 eingebaut, die bei einem Frontalcrash (z. B. bei einem Small Overlap Crash) in der Fahrzeuglängsrichtung bzw. -achse wirken, indem diese als Laststreben zwischen den A-Säulen 110 und B-Säulen 120 fungieren und neben den Schwellern 160 zusätzliche Lastpfade durch die vorderen Fahrzeugtüren 140 bilden. Die Crashelemente 200 verlaufen bspw. knapp unter der Brüstungslinie über die gesamte Türlänge und werden beim Crash von den A-Säulen 110 mit Kraft beaufschlagt und stützen sich an den B-Säulen 120 ab. Solche Crashelemente 200 können gleichwirkend auch in den Hintertüren 150 vorgesehen sein.
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Die stabartigen Crashelemente 200 weisen zumindest an ihren vorderen Enden und gegebenenfalls auch an ihren hinteren Enden Dorne 230 auf (siehe 2), die sich bei einem Crash in die benachbarten Karosseriesäulen 110/120 eindrücken und insbesondere das Säulenblech durchstechen können, sodass sich das betreffende Crashelement 200 sicher mit der betreffenden Karosseriesäule verhakt, wodurch das Abgleiten verhindert und eine zuverlässige Lastübertragung gewährleistet wird. In den Türrändern können auf Höhe der Dorne 230 Fenster ausgebildet sein, die bspw. durch Kunststoffkappen abgedeckt sind.
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2 zeigt den vorderen Endbereich eines Crashelements 200, das in der Fahrertür 140 eingebaut ist. Das Crashelement 200 weist einen stabartigen Körper 210 auf, der aus einem FKV-Rohr gebildet ist. Das FKV-Rohr weist ein aus SMC-Masse bzw. SMC-Material, insbesondere aus Glas-SMC, gebildetes Endstück 220 auf, in dem ein Stahldorn 230 eingebettet ist, dessen Kegelspitze in axialer Richtung aus dem Endstück 220 (nach vorne) herausragt. Die Stirnfläche des SMC-Endstücks 220 ist so dimensioniert, dass im Crashfall eine großflächige Krafteinleitung sichergestellt ist und das Säulenblech (der A-Säule 110) nicht durchschlagen wird. Der Dorn 230 kann mit Nuten 235 oder dergleichen ausgebildet sein, die einen hinterschnittigen Formschluss mit der SMC-Masse bewirken. Am Endstück 220, das dauerhaft mit dem FKV-Rohr 210 verbunden ist, können ferner Befestigungselemente vorgesehen sein.
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Das offene Rohrende des FKV-Rohrs 210 kann durch eine Platte 240 oder einen Stopfen oder dergleichen verschlossen sein. Die Platte 240 ist z. B. aus einem Stahlblech gebildet. Der Dorn 230 kann an seinem von der Kegelspitze abgewandten hinteren Ende direkt oder indirekt gegen die Platte 240 abgestützt sein. Die Platte 240 kann somit als Stützplatte fungieren. Der Dorn 230 kann auch an der Platte bzw. Stützplatte 240 befestigt und bspw. mit der Stützplatte 240 verschweißt sein. Die Platte bzw. Stützplatte 240 kann vollständig in der SMC-Masse eingebunden sein.
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Das Endstück 220 kann ferner integrierte Befestigungselemente aufweisen. Dies können sowohl Einsätze bzw. Inserts (z. B. Gewindestifte oder Gewindebuchsen) als auch angeformte Befestigungselemente (z. B. Laschen oder Flanschflächen) sein. Diese Befestigungselemente können zur Befestigung des Crashelements 200 in der Türe oder auch zu Befestigung anderer Bauteile am Crashelement 200 vorgesehen sein.
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Der hintere Endbereich des Crashelements 200 kann im Wesentlichen identisch ausgebildet sein. Ein hinteres SMC-Endstück kann dabei sowohl mit Dorn als auch ohne Dorn ausgebildet sein.
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Das Crashelement bzw. Crashrohr 200 ist beliebig skalierbar und somit in allen Fahrzeugen verwendbar (Kleinstwagen bis SUV), unabhängig von den verwendeten Materialien für die Fahrzeugtüren und den Seitenwandrahmen.
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Im Crashfall wird ein robustes Verhaken (s. o.) gewährleistet. Außerdem können vorhandene konstruktive Ausgestaltungen für die Karosseriesäulen 110, 120 und 130 bzw. den Seitenwandrahmen und/oder für die Fahrzeugtüren 140 und 150 vereinfacht werden.
