WO2016169852A1 - Kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2016169852A1
WO2016169852A1 PCT/EP2016/058388 EP2016058388W WO2016169852A1 WO 2016169852 A1 WO2016169852 A1 WO 2016169852A1 EP 2016058388 W EP2016058388 W EP 2016058388W WO 2016169852 A1 WO2016169852 A1 WO 2016169852A1
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WO
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impact protection
wall
reinforcing
vehicle
attachment
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/058388
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lennart KEUTHAGE
Robert Loch
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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Publication of WO2016169852A1 publication Critical patent/WO2016169852A1/de
Priority to US15/789,871 priority patent/US10286956B2/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • B62D21/157—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body for side impacts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/02—Side panels
    • B62D25/025—Side sills thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/04—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof predominantly of synthetic material
    • B62D29/043—Superstructures

Definitions

  • the invention relates to an impact protection element for a vehicle.
  • Euro NCAP European New Car Assessment Program
  • the pile side impact is part of the Euro NCAP crash test. In doing so, e.g. the impact on a tree or mast with the side of the vehicle is simulated by hurling the vehicle at a speed of 29 km / h against a stable pole.
  • This crash test is a standard requirement in the US.
  • the load case FMVSS214 is defined as a pile impact as follows: The vehicle moves on a slide laterally in the direction of the pile (rigid steel). The carriage is braked and the vehicle continues to slide against the pole. The impact speed of the vehicle on the pole is 32 km / h.
  • the object of the invention is to further reduce the intrusion and to provide a lighter Soschweiler with increased rigidity.
  • an impact protection element for a vehicle comprising a soschweiler of fiber-reinforced plastic, wherein the Soschweiler is formed as a hollow profile and an externa ßeres wall element, which forms an impact surface, and a the outer ßeren wall element opposite inner Wall element, which is connectable to a vehicle structure comprises; a reinforcing member of fiber reinforced plastic, wherein the reinforcing member is received in the soschweiler, and at least one planar connecting surface which connects the outer wall member with the inner wall member and is aligned substantially parallel to the XY plane of the vehicle.
  • fiber-reinforced plastic in particular carbon fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastic (KFK, CFK) ensures a low weight of the impact protection element according to the invention.
  • KFK, CFK carbon fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastic
  • the advantage here is that a CFRP part, which can absorb just as much energy as a metal part, weighs only about half to one third. This makes the vehicle lighter and uses less fuel.
  • the flat joint surface is aligned substantially orthogonal to the crash test pile or a tree / mast which extends parallel to the Z-direction of the vehicle.
  • the energy absorption then takes place by destruction of the planar connection surface.
  • This alignment is particularly advantageous for absorbing energy.
  • the pole / tree / mast, etc. always meets substantially orthogonally on the flat connecting surface, so that always the advantageous energy absorption behavior of the reinforcing element is ensured. This significantly reduces the intrusion. While known impact protection elements made of metal have an intrusion of 250-350 mm under test conditions, an impact protection element according to the invention can have an intrusion of only 150-250 mm.
  • connection surface increases the stiffness of the soschweilers.
  • other loads apart from the crash loads, be supported.
  • component integration and functional integration is ensured.
  • the reinforcing element extends substantially over the length of the soschweilers.
  • the soschweiler over its entire length provides the particularly advantageous energy absorption behavior.
  • the reinforcing element is integrally formed with the outer wall element or the inner wall element.
  • the outer wall element with the connecting surface, the inner wall element with the connecting surface or the externa ßere and inner wall element may be integrally formed with the connecting surface. Due to the integral construction, the inventive Manufacture impact protection element inexpensively. For example, a pultrusion process for producing the impact protection element is preferred.
  • the reinforcing element and the Soschweiler are formed separately.
  • the reinforcing element is attached to the externa ßeren wall element and on the inner wall element and connects them together.
  • This modular or differential design allows for greater flexibility in manufacturing.
  • the same side branches may be provided with different reinforcing elements that meet different requirements.
  • the outer wall element and the inner wall element are formed separately and comprise flanges for connecting the inner wall element and the outer wall element.
  • the flexibility in the production can be further increased.
  • the same outer wall element can be connected to different inner wall elements, which are connectable to different vehicle structures.
  • the reinforcing element is designed as a hat profile, which comprises two flat connecting surfaces, an outer planar attachment element and two inner attachment surfaces. Due to the planar attachment of the reinforcing element to the side skirts whose rigidity is further increased. Furthermore, the energy absorption is increased by the two flat connecting surfaces.
  • the reinforcing element is integrally formed.
  • the reinforcing element can be provided in a simple and cost-effective manner.
  • first connection surface, a first outer mounting surface and the first inner mounting surface are formed integrally; and the second connection surface, a second outer attachment surface, and the second inner attachment surface are integrally formed.
  • first outer attachment surface is overlapped with the second outer attachment surface to form the outer surface attachment member.
  • the reinforcing element is formed as a box profile, which comprises two planar connecting surfaces, an externa ßere planar attachment member and an inner planar attachment member.
  • the impact protection element further comprises a honeycomb structure of a fiber-reinforced plastic, which is received in the side sill, in particular in a cavity formed by the reinforcing profile.
  • the invention comprises a vehicle having an impact protection element according to the invention. figure description
  • FIG. 1 shows an embodiment of the impact protection element according to the invention in a perspective side view
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the impact protection element according to the invention in a perspective side view
  • 3a, 3b and 3c show the alignment according to the invention of the planar connecting surface from different views
  • FIG. 4 shows another embodiment of the impact protection element according to the invention in a sectional view, in which the impact protection element is attached to a floor structure of a vehicle
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the impact support element according to the invention in a sectional view
  • FIG. 6 is a perspective view of the embodiment of FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the impact protection element according to the invention in a sectional view, in which the impact protection element is attached to a floor structure of a vehicle, and
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the impact protection element according to the invention in a sectional view, in which the impact protection element is attached to a floor structure of a vehicle and has a honeycomb structure.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an impact support element 10 according to the invention, which comprises a side plow 20.
  • the The isschweiler 20 is formed as a hollow profile made of fiber-reinforced plastic, in particular CFRP.
  • the rectangular hollow profile in Figure 1 is shown only as an example, other hollow profile shapes are also conceivable.
  • the The isschweiler 20 has an outer wall member 22 that forms an impact surface, for example, for the pile test.
  • the side sill 20 has an inner wall element 24 that opposes the wall element 22 and that can be connected to a vehicle structure, in particular a floor structure 40 of the vehicle.
  • the inner wall element 24 may be glued to the floor structure 40.
  • the outer wall element 22 is connected to the inner wall element 24 by a reinforcing element 30 made of fiber-reinforced plastic, in particular CFRP.
  • the reinforcing element 30 is received in the side plate 20 and is formed by a planar connecting surface 32 having a wall thickness ti which is oriented substantially parallel to the XY plane of the vehicle.
  • the orientation substantially parallel to the XY plane of the vehicle includes angles of up to +/- 10 ° to the XY plane of the vehicle.
  • the outer wall element 20, the inner wall element 24 and the connection surface 32 are integrally formed. Furthermore, the connecting surface 32 extends over the entire length of the soschweilers 20. Thus, the impact element 10 has two chambers.
  • a preferred manufacturing process is a pultrusion process.
  • the energy absorption takes place in the crash inter alia by destruction of the bonding surface 32.
  • the connecting surface 32 contributes to the rigidity of the rocker 20.
  • the wall thickness t (fiber amount) of the connection surface 32 is proportional to the energy to be absorbed.
  • FIG. 2 shows a further embodiment similar to FIG. 1 with two connection surfaces 32a and 32b, which has a smaller wall thickness t 2 than in FIG exhibit
  • an embodiment with more than two connecting surfaces is conceivable; accordingly increases the number of chambers in the impact element 10.
  • the wall thicknesses within an impact protection element 10 are different (not shown).
  • FIGS. 3a to 3c show the alignment according to the invention of the connecting surface 32 to a pile 50 from different views.
  • the impact protection member 10 is attached to a vehicle side and extends along the X direction of the vehicle.
  • Figure 3c shows a perspective view with the angles ⁇ and ß.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of the impact protection element 10 according to the invention.
  • the reinforcement element 30 is designed as a separate hat profile and is connected in a planar manner to the sill 20.
  • the reinforcing element 30 in this case comprises two connecting surfaces 32a and 32b.
  • the reinforcing element 30 has an outer planar attachment element 34 on the connecting surfaces 32a and 32b which is connected in a planar manner to the outer wall 22.
  • the reinforcing member 30 has an inner planar attachment member 36 formed by two inner attachment surfaces 36a and 36b.
  • the two inner attachment surfaces 36a and 36b are provided on the connection surfaces 32a and 32b, respectively, and are connected to the inner wall 24 in a planar manner. It is conceivable that the reinforcing element 30 is integrally formed.
  • reinforcing element 30 form as a separate profile with only one connecting surface 32 (not shown).
  • the reinforcing element 30 in this case has on the connecting surface 32 an externa ßeres planar attachment member 34 which is connected to the outer wall 22 surface.
  • the reinforcing element 30 on the connecting surface 32, an inner planar attachment member 36 which is connected to the inner wall 24 surface.
  • Figures 5 and 6 show an embodiment of the impact protection element 10 according to the invention similar to Figure 4, wherein the reinforcing element 30 in two parts
  • the first connection surface 32a, a first outer attachment surface 34a, and the first inner attachment surface 36a are integrally formed.
  • the second connection surface 32b, a second outer attachment surface 34b, and the second inner attachment surface 36b are integrally formed.
  • the first outer mounting surface 34a is overlapped with the second outer mounting surface 34b to form the outer mounting member 34.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the invention
  • the reinforcing element 30 is formed as a box profile.
  • the box profile is formed by the two connecting surfaces 32a and 32b, the externa ßere planar attachment member 34 and the inner planar attachment member 36.
  • the externa ßere planar attachment member 34 is connected flat with the outer wall 22.
  • the inner planar attachment element 36 is connected in a flat manner to the inner wall 24.
  • the reinforcing element 30 may be formed as a box profile integral or multi-part.
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment similar to FIG. 7, in which a honeycomb structure 38 made of a fiber-reinforced plastic is accommodated in the reinforcing element 30 formed as a box profile. It is also conceivable that honeycomb structures 38 are accommodated in any cavities of the impact support element 10 according to the invention. For example, a honeycomb structure 38 may also be arranged in the cavity between side skirts 20 and connecting surface 32.
  • the inner wall element 24 is connected to a floor structure 40.
  • the floor structure 40 may be formed, for example, by a seat cross member 42, a floor panel 44, and / or a bracket 46.
  • the side sill 20 can be formed in two parts. In this case, the outer wall element 22 and the inner wall element 24 are connected to the flanges 26. But it is also conceivable that the Soschweiler is integrally formed.
  • the reinforcing element 30 of the impact support element 10 according to the invention may also comprise more than two connecting surfaces 32.
  • the impact support element 10 has the following advantages:
  • the specific energy absorption potential of FKV fiber composite plastics, eg CFRP (carbon fiber reinforced plastic), GFRP (glass fiber reinforced plastic)
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • GFRP glass fiber reinforced plastic
  • FKV fiber composite plastics
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • GFRP glass fiber reinforced plastic
  • This specific energy uptake potential of FRP is used in the variants shown. This allows for lower intrusions and a lower component weight.
  • the intrusion of the pile into the vehicle side under typical test conditions is only about 1 50 - 250 mm. Due to the lower intrusion compared to the steel construction, important components such as the high-voltage accumulator can be protected under the vehicle floor.
  • the invention enables a use of fiber composites in the ground area, without problems caused by thermal stresses occur. Thermal stresses can result, for example, in a mixed construction metal / fiber composite material.

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Abstract

Aufprallschutzelement für ein Fahrzeug, umfassend einen Seitenschweller aus faserverstärktem Kunststoff, wobei der Seitenschweller als Hohlprofil gebildet ist und ein äußeres Wandelement, das eine Aufprallfläche bildet, und ein dem äußeren Wandelement gegenüberliegendes inneres Wandelement, das verbindbar mit einer Fahrzeugstruktur ist, umfasst; ein Verstärkungselement aus faserverstärkten Kunststoff, wobei das Verstärkungselement im Seitenschweller aufgenommen ist, und wenigstens eine ebene Verbindungsfläche umfasst, die das äußere Wandelement mit dem inneren Wandelement verbindet und im Wesentlichen parallel zur XY-Ebene des Fahrzeugs ausgerichtet ist.

Description

KRAFTFAHRZEUG
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Aufprallschutzelement für ein Fahrzeug.
Hintergrund der Erfindung
Seitenschweiler sind als Aufprallschutzelemente für Fahrzeuge bereits bekannt.
Deren Crashtauglichkeit wird durch Crashtests bestimmt. Euro NCAP (European New Car Assessment Programme) ist eine Organisation, die Crashtests mit neuen Automobiltypen durchführt und danach die Sicherheit der Fahrzeuge bewertet. Der Pfahl-Seitenaufprall ist Teil des Euro NCAP-Crashtests. Dabei wird z.B. der Aufprall auf einen Baum oder Mast mit der Fahrzeugseite simuliert, indem das Fahrzeug mit 29 km/h gegen einen stabilen Pfahl geschleudert wird. Dieser Crashtest ist eine Standardanforderung in den USA. Der Lastfall FMVSS214 ist als Pfahlaufprall wie folgt definiert: Das Fahrzeug fährt auf einem Schlitten seitlich in Richtung des Pfahls (starr aus Stahl). Der Schlitten wird abgebremst und das Fahrzeug rutscht weiter gegen den Pfahl. Die Auftreffgeschwindigkeit des Fahrzeugs auf den Pfahl beträgt 32 km/h. Mithilfe eines Dummys können mögliche Verletzungen des Fahrzeuginsassen im Kopf-, Oberkörper und Unterkörperbereichs nach dem Crash erfasst werden. Bisher erfolgt die Ausbildung der Bodengruppe des Fahrzeugs und der Seitenschweiler in Metallbauweise. Es herrscht eine klare Bauteil- und Funktionstrennung zwischen Seitenschweller und Bodengruppe. Die Energieaufnahme erfolgt durch Faltenbeulen im Sitzquerträger und in der Bodengruppe, sowie durch Biegung im Seitenschweller. Die Last wird flächig verteilt und die resultierende Biegebelastung des Seitenschweilers wirkt der Intrusion entgegen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Intrusion weiter zu verringern und einen leichteren Seitenschweiler mit erhöhter Steifigkeit bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Aufprallschutzelement für ein Fahrzeug, umfassend einen Seitenschweiler aus faserverstärktem Kunststoff, wobei der Seitenschweiler als Hohlprofil gebildet ist und ein äu ßeres Wandelement, das eine Aufprallfläche bildet, und ein dem äu ßeren Wandelement gegenüberliegendes inneres Wandelement, das verbindbar mit einer Fahrzeugstruktur ist, umfasst; ein Verstärkungselement aus faserverstärkten Kunststoff, wobei das Verstärkungselement im Seitenschweiler aufgenommen ist, und wenigstens eine ebene Verbindungsfläche umfasst, die das äußere Wandelement mit dem inneren Wandelement verbindet und im Wesentlichen parallel zur XY-Ebene des Fahrzeugs ausgerichtet ist.
Der Einsatz von faserverstärkten Kunststoff, insbesondere koh lef aserverstärkten bzw. carbonfaserverstärkten Kunststoff (KFK, CFK) gewährleistet ein geringes Gewicht des erfindungsgemäßen Aufprallschutzelements. Der Vorteil ist dabei, dass ein CFK-Teil, das genauso viel Energie aufnehmen kann wie ein Metallteil, nur ca. die Hälfte bis ein Drittel wiegt. Das Fahrzeug wird dadurch leichter und verbraucht weniger Kraftstoff.
Weiterhin ist durch die im Wesentlichen parallele Ausrichtung des Verstärkungselements zur XY-Ebene des Fahrzeugs gewährleistet, dass die ebene Verbindungsfläche im Wesentlichen orthogonal zum Crashtest- Pfahl bzw. einem Baum/Mast, der sich parallel zur Z-Richtung des Fahrzeugs erstreckt, ausgerichtet ist. Die Energieaufnahme findet dann durch Zerstörung der ebenen Verbindungsfläche statt. Diese Ausrichtung ist besonders vorteilhaft, um Energie zu absorbieren. Weiterhin trifft der Pfahl/Baum/Mast etc. stets im Wesentlichen orthogonal auf die ebene Verbindungsfläche, sodass stets das vorteilhafte Energieabsorptionsverhalten des Verstärkungselements gewährleistet ist. Dadurch wird die Intrusion deutlich verringert. Während bekannte Aufprallschutzelemente aus Metall unter Testbedingungen eine Intrusion von 250 - 350 mm aufweisen, kann ein erfindungsgemäßes Aufprallschutzelement eine Intrusion von nur noch 150 - 250 mm aufweisen.
Darüber hinaus erhöht die erfindungsgemäß ausgerichtete Verbindungsfläche die Steifigkeit des Seitenschweilers. Damit können andere Belastungen, abgesehen von den Crashbelastungen, mitgetragen werden. Somit wird zusammenfassend eine Bauteilintegration und eine Funktionsintegration gewährleistet.
In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Verstärkungselement im Wesentlichen über die Länge des Seitenschweilers. Dadurch stellt der Seitenschweiler über seine gesamte Länge das besonders vorteilhafte Energieabsorptionsverhalten bereit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verstärkungselement mit dem äu ßeren Wandelement bzw. dem inneren Wandelement integral ausgebildet ist. Dabei können das äußere Wandelement mit der Verbindungsfläche, das innere Wandelement mit der Verbindungsfläche oder das äu ßere und innere Wandelement mit der Verbindungsfläche integral ausgebildet sein. Durch die Integralbauweise lässt sich das erfindungsgemäße Aufprallschutzelement kostengünstig herstellen. Bevorzugt wird zum Beispiel ein Pultrusionsverfahren zur Herstellung des Aufprallschutzelements.
Gemäß einer anderen Ausführungsform sind das Verstärkungselement und der Seitenschweiler separat ausgebildet. Dabei ist das Verstärkungselement an dem äu ßeren Wandelement und an dem inneren Wandelement angebracht und verbindet diese so miteinander. Diese modulare bzw. differentielle Bauweise ermöglicht eine höhere Flexibilität in der Herstellung. Zum Beispiel können dieselben Seitenschweiler mit unterschiedlichen Verstärkungselementen versehen werden, die unterschiedlichen Anforderungen entsprechen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind dabei das äu ßere Wandelement und das innere Wandelement separat ausgebildet und umfassen Flansche zum Verbinden des inneren Wandelements und des äußeren Wandelements. Dadurch kann die Flexibilität in der Herstellung weiter erhöht werden. Zum Beispiel kann dasselbe äu ßere Wandelement mit unterschiedlichen inneren Wandelementen verbunden werden, die mit unterschiedlichen Fahrzeugstrukturen verbindbar sind.
In einer Ausführungsform ist das Verstärkungselement als Hutprofil ausgebildet, das zwei ebene Verbindungsflächen, ein äußeres flächiges Anbringungselement und zwei innere Anbringungsflächen umfasst. Durch die flächige Anbringung des Verstärkungselements an den Seitenschweller wird dessen Steifigkeit weiter erhöht. Weiterhin wird durch die zwei ebenen Verbindungsflächen die Energieabsorption vergrößert.
In dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass das Verstärkungselement integral ausgebildet ist. Dadurch lässt sich das Verstärkungselement auf einfache und kostengünstige Art und Weise bereitstellen.
Es ist aber auch vorteilhaft, dass die erste Verbindungsfläche, eine erste äu ßere Anbringungsfläche und die erste innere Anbringungsfläche integral ausgebildet sind; und die zweite Verbindungsfläche, eine zweite äu ßere Anbringungsfläche und die zweite innere Anbringungsfläche integral ausgebildet sind. Dabei ist die erste äußere Anbringungsfläche mit der zweiten äußeren Anbringungsfläche überlappend verbunden, um das äu ßere flächige Anbringungselement zu bilden. Dadurch kann die Flexibilität in der Herstellung weiter erhöht werden.
In einer anderen Ausführungsform ist das Verstärkungselement als Kastenprofil ausgebildet, das zwei ebene Verbindungsflächen, ein äu ßeres flächiges Anbringungselement und ein inneres flächiges Anbringungselement umfasst. Durch die flächige Anbringung des Verstärkungselements an den Seitenschweiler wird dessen Steifigkeit weiter erhöht. Weiterhin wird durch die zwei ebenen Verbindungsflächen die Energieabsorption vergrößert.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Aufprallschutzelement ferner eine Wabenstruktur aus einem faserverstärktem Kunststoff, die in dem Seitenschweller, insbesondere in einem durch das Verstärkungsprofil gebildeten Hohlraum, aufgenommen ist. Dadurch kann die Energieabsorption weiter erhöht werden.
Die Erfindung umfasst ein Fahrzeug mit erfindungsgemäßen Aufprallschutzelement. Figurenbeschreibung
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufpralischutzelements in einer perspektivischen Seitenansicht,
Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufpralischutzelements in einer perspektivischen Seitenansicht,
Figuren 3a, 3b und 3c die erfindungsgemäße Ausrichtung der ebenen Verbindungsfläche aus unterschiedlichen Ansichten,
Figur 4 ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufpralischutzelements in einer Schnittansicht, in der das Aufprallschutzelement an einer Bodenstruktur eines Fahrzeugs angebracht ist,
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufprallstützelements in einer Schnittansicht,
Figur 6 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels von Figur 5,
Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufpralischutzelements in einer Schnittansicht, in der das Aufprallschutzelement an einer Bodenstruktur eines Fahrzeugs angebracht ist, und
Figur 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufpralischutzelements in einer Schnittansicht, in der das Aufprallschutzelement an einer Bodenstruktur eines Fahrzeugs angebracht ist und eine Wabenstruktur aufweist. Detaillierte Beschreibung
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Aufprallstützelements 10, welches einen Seitenschweiler 20 umfasst. Der Seitenschweiler 20 ist als Hohlprofil aus faserverstärkten Kunststoff, insbesondere CFK, gebildet. Das rechteckige Hohlprofil in Figur 1 ist nur als Beispiel gezeigt, andere Hohlprofilformen sind ebenso denkbar. Der Seitenschweiler 20 weist ein äußeres Wandelement 22 auf, dass eine Aufprallfläche zum Beispiel für den Pfahltest bildet. Darüber hinaus weist der Seitenschweller 20 ein inneres Wandelement 24 auf, dass dem Wandelement 22 gegenüberliegt und das mit einer Fahrzeugstruktur, insbesondere einer Bodenstruktur 40 des Fahrzeugs, verbindbar ist. Beispielsweise kann das innere Wandelement 24 mit der Bodenstruktur 40 verklebt sein.
Das äu ßere Wandelement 22 ist mit dem inneren Wandelement 24 durch ein Verstärkungselement 30 aus faserverstärkten Kunststoff, insbesondere CFK, verbunden. Das Verstärkungselement 30 ist im Seitenschweiler 20 aufgenommen und wird durch eine ebene Verbindungsfläche 32 mit einer Wandstärke ti gebildet, die im Wesentlichen parallel zur XY-Ebene des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Die Ausrichtung im Wesentlichen parallel zur XY-Ebene des Fahrzeugs umfasst dabei Winkel von bis zu +/- 10° zur XY-Ebene des Fahrzeugs.
In Figur 1 sind das äu ßere Wandelement 20, das innere Wandelement 24 und die Verbindungsfläche 32 integral ausgebildet. Weiterhin erstreckt sich die Verbindungsfläche 32 über die gesamte Länge des Seitenschweilers 20. Dadurch weist das Aufprallelement 10 zwei Kammern auf. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren ist ein Pultrusionsverfahren.
Erfindungsgemäß findet die Energieaufnahme beim Crash unter anderem durch Zerstörung der Verbindungsfläche 32 statt. Darüber hinaus trägt die Verbindungsfläche 32 zur Steifigkeit des Schwellers 20 bei. Die Wandstärke t (Fasermenge) der Verbindungsfläche 32 ist proportional zur aufzunehmenden Energie. Je mehr Verbindungsflächen 32 das Aufprallelement 10 aufweist, umso geringer ist die Wandstärke t (Fasermenge) der einzelnen Verbindungsflächen 32. Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel ähnlich zu Figur 1 mit zwei Verbindungsflächen 32a und 32b, die eine geringere Wandstärke t2 als in Figur 1 aufweisen
Darüber hinaus ist auch eine Ausführungsform mit mehr als zwei Verbindungsflächen vorstellbar; dementsprechend steigt die Anzahl der Kammern im Aufprallelement 10. Zudem ist für alle beschriebenen Ausführungsformen auch denkbar, dass die Wandstärken innerhalb eines Aufprallschutzelements 10 unterschiedlich sind (nicht gezeigt).
Die Figuren 3a bis 3c zeigen die erfindungsgemäße Ausrichtung der Verbindungsfläche 32 zu einem Pfahl 50 aus unterschiedlichen Ansichten. Dabei wird angenommen, dass das Aufprallschutzelement 10 an einer Fahrzeugseite angebracht ist und sich entlang der X- Richtung des Fahrzeugs erstreckt. Figur 3a zeigt eine teilweise Schnittansicht der Verbindungsfläche 32 entlang der X-Richtung des Fahrzeugs. Das Fahrzeug bewegt sich entlang seiner Y-Richtung auf den Pfahl 50 zu. Durch die im Wesentlichen parallele Ausrichtung der Verbindungsfläche 32 zur XY-Ebene des Fahrzeugs ergibt sich erfindungsgemäß ein Winkel α = 90 °± 10 ° zwischen Verbindungsfläche 32 und Pfahl 50. Figur 3b zeigt eine teilweise Schnittansicht der Verbindungsfläche 32 entlang der Y-Richtung des Fahrzeugs. Durch die im Wesentlichen parallele Ausrichtung der Verbindungsfläche 32 zur XY-Ebene des Fahrzeugs ergibt sich erfindungsgemäß ein Winkel ß = 90 °± 10 ° zwischen Verbindungsfläche 32 und Pfahl 50. Figur 3c zeigt eine perspektivische Ansicht mit den Winkeln α und ß.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufprallschutzelements 10. Das Verstärkungselement 30 ist dabei als separates Hutprofil ausgebildet und ist flächig mit dem Schweller 20 verbunden. Das Verstärkungselement 30 umfasst hierbei zwei Verbindungsflächen 32a und 32b. Das Verstärkungselement 30 weist dabei an den Verbindungsflächen 32a und 32b ein äußeres flächiges Anbringungselement 34 auf, das mit der äußeren Wand 22 flächig verbunden ist. Darüber hinaus weist das Verstärkungselement 30 ein inneres flächiges Anbringungselement 36 auf, dass durch zwei innere Anbringungsflächen 36a und 36b gebildet ist. Die zwei inneren Anbringungsflächen 36a und 36b sind jeweils an den Verbindungsflächen 32a und 32b bereitgestellt und mit der inneren Wand 24 flächig verbunden. Dabei ist vorstellbar, dass das Verstärkungselement 30 integral ausgebildet ist.
Darüber hinaus ist es auch vorstellbar, dass Verstärkungselement 30 als separates Profil mit nur einer Verbindungsfläche 32 auszubilden (nicht gezeigt). Das Verstärkungselement 30 weist dabei an der Verbindungsfläche 32 ein äu ßeres flächiges Anbringungselement 34 auf, das mit der äußeren Wand 22 flächig verbunden ist. Darüber hinaus weist das Verstärkungselement 30 an der Verbindungsfläche 32 ein inneres flächiges Anbringungselement 36 auf, das mit der inneren Wand 24 flächig verbunden ist.
Figuren 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aufprallschutzelements 10 ähnlich zu Figur 4, wobei das Verstärkungselement 30 zweiteilig gebildet ist: Hierbei sind die erste Verbindungsfläche 32a, eine erste äußere Anbringungsfläche 34a und die erste innere Anbringungsfläche 36a integral ausgebildet. Darüber hinaus sind die zweite Verbindungsfläche 32b, eine zweite äußere Anbringungsfläche 34b und das zweite innere Anbringungsfläche 36b integral ausgebildet. Wie in Figur 5 erkennbar ist beispielsweise die erste äußere Anbringungsfläche 34a mit der zweiten äu ßeren Anbringungsfläche 34b überlappend verbunden, um das äu ßere flächige Anbringungselement 34 zu bilden.
Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Aufprallschutzelements 10, wobei das Verstärkungselement 30 als Kastenprofil ausgebildet ist. Das Kastenprofil wird durch die zwei Verbindungsflächen 32a und 32b, das äu ßere flächige Anbringungselement 34 und das innere flächige Anbringungselement 36 gebildet.
Das äu ßere flächige Anbringungselement 34 ist flächig mit der äußeren Wand 22 verbunden.
Das innere flächige Anbringungselement 36 ist flächig mit der inneren Wand 24 verbunden.
Dabei kann das Verstärkungselement 30 als Kastenprofil integral oder mehrteilig ausgebildet sein.
Figur 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich zu Figur 7, in der eine Wabenstruktur 38 aus einem faserverstärkten Kunststoff in dem als Kastenprofil ausgebildeten Verstärkungselement 30 aufgenommen ist. Es ist darüber hinaus vorstellbar, dass Wabenstrukturen 38 in jeglichen Hohlräumen des erfindungsgemäßen Aufprallstützelements 10 aufgenommen sind. Beispielsweise kann eine Wabenstruktur 38 auch im Hohlraum zwischen Seitenschweller 20 und Verbindungsfläche 32 angeordnet sein.
Allgemein ist in den Figuren 4 - 8 erkennbar, dass das innere Wandelement 24 mit einer Bodenstruktur 40 verbunden ist. Die Bodenstruktur 40 kann zum Beispiel durch einen Sitzquerträger 42, eine Bodenschale 44 und/oder einen Träger 46 gebildet werden. Darüber hinaus ist in diesen Figuren erkennbar, dass auch der Seitenschweller 20 zweiteilig gebildet sein kann. Dabei sind das äußere Wandelement 22 und dem inneren Wandelement 24 an den Flanschen 26 verbunden. Es ist aber auch vorstellbar, dass der Seitenschweiler integral ausgebildet ist.
Darüber hinaus kann das Verstärkungselement 30 des erfindungsgemäßen Aufprallstützelements 10 in allen Ausführungsformen der Figuren 2 und 4 - 8 auch mehr als zwei Verbindungsflächen 32 umfassen.
Zusammenfassend hat das erfindungsgemäße Aufprallstützelement 10 die folgenden Vorteile: Das spezifische Energieaufnahmepotential von FKV (Faser- Verbund-Kunststoffe, z.B. CFK (Kohlefaserverstärkter Kunststoff), GFK (Glasfaserverstärkter Kunststoff)) ist eine Werkstoffeigenschaft, die bei einer Stauchbelastung eine Aussage bezüglich der Energieaufnahme pro kg Werkstoff gibt. FVK können bei einer Stauchbelastung ca. 2-3-mal mehr Energie aufnehmen als Metalle. Dieses spezifische Energieaufnahmepotential von FVK wird bei den aufgezeigten Varianten genutzt. Dadurch werden geringere Intrusionen und ein geringeres Komponentengewicht ermöglicht. Die Intrusion des Pfahls in die Fahrzeugseite unter typischen Testbedingungen beträgt nur noch ca. 1 50 - 250 mm. Durch die niedrigere Intrusion verglichen mit der Stahlbauweise können zum einen wichtige Komponenten wie der Hochvoltspeicher unter dem Fahrzeugboden geschützt werden. Zum anderen bleibt auf Höhe des Insassen ein größerer Airbagentfaltungsraum bestehen, was den Insassenschutz verbessert. Gegenüber bisherigen FVK-Konzepten ist das Kosteneinsparungspotential durch die integrale Bauweise höher. Gleichzeitig ermöglicht die Erfindung eine Verwendung von Faserverbundwerkstoffen im Bodenbereich, ohne dass durch Wärmespannungen verursachte Probleme auftreten. Wärmespannungen können sich zum Beispiel in einer gemischten Bauweise Metall/Faserverbundwerkstoff ergeben.
Bezugszeichenliste
10 Aufprallschutzelement
20 Seitenschweller
22 äu ßeres Wandelement
24 inneres Wandelement
26 Flansch
30 Verstärkungselement
32 ebene Verbindungsfläche
34 äußeres flächiges Anbringungselement
34a erste äußere Anbringungsfläche
34b zweite äu ßere Anbringungsfläche
36 inneres flächiges Anbringungselement
36a erste innere Anbringungsfläche
36b zweite innere Anbringungsfläche
38 Wabenstruktur
40 Bodenstruktur
42 Sitzquerträger
44 Bodenschale Träger der Bodenstruktur Pfahl

Claims

Ansprüche
Aufprallschutzelement (10) für ein Fahrzeug, umfassend
einen Seitenschweiler (20) aus faserverstärktem Kunststoff, wobei der Seitenschweller
(20)
als Hohlprofil gebildet ist und
ein äußeres Wandelement (22), das eine Aufprallfläche bildet, und
ein dem äu ßeren Wandelement (22) gegenüberliegendes inneres Wandelement (24), das verbindbar mit einer Fahrzeugstruktur ist, umfasst;
ein Verstärkungselement (30) aus faserverstärkten Kunststoff, wobei das Verstärkungselement (30)
im Seitenschweiler (20) aufgenommen ist, und
wenigstens eine ebene Verbindungsfläche (32) umfasst, die
das äußere Wandelement (22) mit dem inneren Wandelement (24) verbindet und
im Wesentlichen parallel zur XY-Ebene des Fahrzeugs ausgerichtet ist.
Aufprallschutzelement (10) nach Anspruch 1 , wobei sich das Verstärkungselement (30) im Wesentlichen über die Länge des Seitenschweilers (20) erstreckt.
Aufprallschutzelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungselement (30) mit dem äußeren Wandelement (22) bzw. dem inneren Wandelement (24) integral ausgebildet ist.
Aufprallschutzelement (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Verstärkungselement (30) und der Seitenschweiler (20) separat ausgebildet sind, und das Verstärkungselement (30) an dem äußeren Wandelement (22) und an dem inneren Wandelement (24) angebracht ist und diese so miteinander verbindet.
Aufprallschutzelement (10) nach Anspruch 4, wobei das äu ßere Wandelement (22) und das innere Wandelement (24) separat ausgebildet sind und Flansche (26) zum Verbinden des inneren Wandelements (24) und des äußeren Wandelements (22) umfassen. Aufprallschutzelement (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei das Verstärkungselement (30) als Hutprofil ausgebildet ist, das zwei ebene Verbindungsflächen (32a, 32b), eine äußeres flächiges Anbringungselement (34) und zwei innere Anbringungsflächen (36a, 36b) umfasst.
Aufprallschutzelement (10) nach Anspruch 6, wobei das Verstärkungselement (30) integral ausgebildet ist.
Aufprallschutzelement (10) nach Anspruch 6, wobei
die erste Verbindungsfläche (32a), eine erste äußere Anbringungsfläche (34a) und die erste innere Anbringungsfläche (36a) integral ausgebildet sind;
die zweite Verbindungsfläche (32b), eine zweite äußere Anbringungsfläche (34b) und die zweite innere Anbringungsfläche (36b) integral ausgebildet sind; und
die erste äu ßere Anbringungsfläche (34a) mit der zweiten äußeren Anbringungsfläche
(34b) überlappend verbunden ist, um das äußere flächige Anbringungselement (34) zu bilden.
Aufprallschutzelement (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei das Verstärkungselement (30) als Kastenprofil ausgebildet ist, das zwei ebene Verbindungsflächen (32a, 32b), ein äußeres flächiges Anbringungselement (34) und ein inneres flächiges Anbringungselement (36) umfasst.
Aufprallschutzelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Wabenstruktur (38) aus einem faserverstärktem Kunststoff, die in dem Seitenschweller (20), insbesondere in einem durch das Verstärkungsprofil (30) gebildeten Hohlraum, aufgenommen ist.
Fahrzeug, umfassend ein Aufprallschutzelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
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