DE10151523B4

DE10151523B4 - Hohlprofilträger aus Faserverbundkunststoff

Info

Publication number: DE10151523B4
Application number: DE2001151523
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Bechtold; Klaus Dr.-Ing. Drechsler; Achim Dipl.-Ing. Kurz-Ritter von Sporschill; Franz Maidl; Jörg Rossow; Frank Dipl.-Ing. Strachauer; Jirka Dipl.-Ing. Siska
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-10-18
Filing date: 2001-10-18
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: DE10151523A1

Abstract

Hohlprofilträger aus Faserverbundkunststoff der über ein Verbindungselement mit einem kraftaufnehmenden Tragelement eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei die Verbindung zwischen Tragelement und Hohlprofilträger bei einer axial auf den Hohlprofilträger einwirkenden Stoßkraft durch das Verbindungselement erhalten bleibt, wobei sich das Verbindungselement (8) zumindest teilweise in den Hohlprofilträger (1) hinein erstreckt und an einer Innenwand (5, 13, 14) des Hohlprofilträgers (1) anliegt, wobei bei der axialen Stoßbelastung das Verbindungselement (8) an der Innenwand (5, 13, 14) des Hohlprofilträgers (1) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (13, 14) durch eine sich in Längsrichtung des Hohlprofilträgers (1) erstreckende Rippe (4) gebildet ist, die sich an der Innenwandung (5) des Hohlprofilträgers (1) abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hohlprofilträger aus Faserverbundkunststoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 196 23 449 A1 ist ein rohrförmiger Hohlprofilträger aus faserverstärktem Verbundmaterial bekannt, bei dem über ein ringförmiges Lager, das beispielsweise mit einer Stoßstange eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, axial wirkende Stoßkräfte in den Hohlprofilträger eingeleitet werden. Die Energieaufnahme erfolgt bei faserverstärktem Verbundmaterial durch Aufreißen des Verbundmaterials, wobei durch radiale, umfangsseitig angeordnete Öffnungen in dem Lager, durch die aufprallbedingt aufgerissenes Verbundmaterial austreten kann, sichergestellt ist, dass die Verbindung zwischen den Bauteilen auch nach einem Unfall erhalten bleibt.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine andere Art der Verbindung zwischen einem Tragelement und einem Hohlprofilträger zu schaffen, bei der eine optimale Krafteinleitung in den Hohlprofilträger erfolgt, wobei die Verbindung trotz Aufreißen des Verbundmaterials erhalten bleibt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein sich in den Hohlprofilträger hineinstreckendes Verbindungselement liegt so an einer Innenwand des Hohlprofilträgers an, dass es keiner die Wand des Hohlprofilträgers durchsetzenden Befestigung des Verbindungselements bedarf. Somit bleibt die Wand des Hohlprofilträgers frei von kraftflussstörenden Ausspa rungen, so dass bei Einleitung einer axialen Stoßkraft über das Verbindungselement der Kraftfluss in den Hohlprofilträger sichergestellt ist. Das Aufreißen des Verbundmaterials kann damit gleichmäßig und nahezu ohne Kraftspitzen erfolgen. Dadurch wird wirkungsvoll eine Verblockung vermieden. Mit der Anlage des Verbindungselements an der Innenwand des Hohlprofilträgers kann die Kraft großflächig in den Hohlprofilträger geleitet werden, wobei durch die Führung an der Innenwand gewährleistet wird, dass auch im weiteren Verlauf der Energieaufnahme, d.h. wenn der Hohlprofilträger aufreißt, die Verbindung erhalten bleibt.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird die zur Führung des Verbindungselements notwendige Innenwand durch eine sich entlang der Längsachse des Hohlprofilträgers erstreckende Rippe gebildet, die sich an der Innenwandung des Hohlprofilträgers abstützt. Die Rippe erstreckt sich in den Hohlprofilträger hinein, d.h. sie unterteilt den Hohlraum des Hohlprofilträgers, und kann zusätzlich Energie aufnehmen.

Mit einer konischen Ausbildung des Hohlprofilträgers aus Faserverbundkunststoff, wobei das Ende mit dem kleiner Querschnitt in Richtung Tragelement weist, kann das Deformationsverhalten bei einer axial auf den Hohlprofilträger einwirkenden Stoßkraft verbessert werden, weil sich der die Kraft aufnehmende Querschnitt kontinuierlich vergrößert.

Eine diametrale Anordnung der Rippe in dem Hohlprofilträger begünstigt eine gleichmäßige Kraftverteilung im Hohlprofilträger.

In einer Ausführungsform des Verbindungselements sind zwei Führungsbleche vorgesehen, die oberhalb und unterhalb der Rippe spiegelsymmetrisch angeordnet und dort auch befestigt sind. Darüber können die Führungsbleche mit dem Hohlprofilträger verbunden werden, ohne dass dessen Umfangswände mit Aussparungen, die sich negativ auf das Energieaufnahmevermögen auswirken, für Befestigungsmittel versehen werden müssen.

Bei einem L-förmigen Längsschnitt der Führungsbleche ist ein langer Schenkel jedes Führungsblechs vorzugsweise an der Rippe befestigt, um die Führung des Tragelements auch dann zu gewährleisten, wenn der vordere Bereich des Hohlprofilträgers bereits zerfasert ist.

Mit einer Befestigung des Führungsblechs an der Rippe, die bei einer definierten Kraft ausreißt, kann eine Blockbildung vermieden werden.

In einer zweiten Ausführungsform des Verbindungselements sind zwei topfförmige Bauteile vorgesehen. Unter Vorspannung, die hier durch die Konizität des Hohlprofilträgers in einfacher Weise erreicht wird, werden die topfförmigen Bauteile von der dem Tragelement gegenüberliegenden Seite eingebracht. Damit bedarf es keiner Befestigungselemente, die die Wandung des Hohlprofilträgers durchsetzen. Gegebenenfalls können die topfförmigen Bauteile im Hohlprofilträger verklebt sein.

Die topfförmigen Bauteile können gerade Seitenwände aufweisen, mit denen sie jeweils an der Rippe des Hohlprofilträgers anliegen.

Um eine möglichst gleichmäßige Krafteinleitung in den Hohlprofilträger zu erreichen, ist eine Abdeckplatte vorgesehen, die quer zur Längserstreckung des Hohlprofilträgers angeordnet ist und beide topfförmigen Bauteile miteinander verbindet.

Für die Befestigung der Abdeckplatte an dem Trageelement steht die Abdeckplatte über den Hohlprofilträger kreisringförmig über. An diesem überstehenden Kreisring können dann die Befestigungselemente mit dem Tragelement verbunden werden.

Weitere Vorteile der Erfindung sowie zwei Ausführungsformen werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt.
1 Eine Draufsicht einer schematischen Anordnung eines Hohlprofilträgers aus Faserverbundkunststoff in Verbindung mit einem Biegeträger,
2 eine erste Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittdarstellung gemäß Linie II-II,
3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einer Schnittdarstellung gemäß Linie II-II sowie
4 eine perspektivische Ansicht der topfförmigen Bauteile gemäß 3 in Verbindung mit der Abdeckplatte.
In 1 ist ein Vorbau eines Kraftfahrzeugs schematisch mit einem Hohlprofilträger 1 aus Faserverbundkunststoff und einem quer dazu angeordneten Biegeträger 2 dargestellt.
Der Hohlprofilträger 1 ist an seinem vorderen Ende 3 mit dem Biegeträger 2 verbunden. Bei einem herkömmlichen Fahrzeugaufbau wird in der Regel der Hohlprofilträger mit dem Biegeträger verschweißt. Bei Trägern aus Faserverbundkunststoff (FVK) ist dies nicht möglich.
Aus dem in 2 dargestellten Schnitt gemäß Linie II-II in 1 geht eine Ausführungsform für eine Verbindung des FVK-Hohlprofilträgers 1 mit dem Biegeträger 2 hervor.
Der sich von hinten nach vorn im Querschnitt verjüngende, also konisch ausgebildete FVK-Hohlprofilträger 1 ist mit einer Rippe 4 versehen, die sich über die gesamte Länge des FVK-Hohlprofilträgers 1 erstreckt und die sich an der Innenwandung 5 des FVK-Hohlprofilträgers 1 abstützt. Damit werden in dem FVK-Hohlprofilträger 1 zwei durch die Rippe 4 getrennte Hohlräume 6 und 7 gebildet.
Die Anbindung des FVK-Hohlprofilträgers 1 an den Biegeträger 2 erfolgt erfindungsgemäß über ein Verbindungselement 8, das in diesem ersten Ausführungsbeispiel durch zwei Führungsbleche 9 und 10 gebildet wird. Die zwei Führungsbleche 9 und 10 weisen einen L-förmigen Längsschnitt auf, wobei der lange Schenkel 11 bzw. 12 an der Oberseite 13 bzw. an der Unterseite 14 der Rippe 4 anliegt. Mit einer Schraubverbindung 15 werden die Führungsbleche 9 und 10 an der Rippe 4 befestigt. Um eine Verblockung bei einer axial wirkenden Stoßkraft F, beispielsweise bei einem Frontalaufprall, zu vermeiden, ist die Schraubverbindung 15 dabei so ausgelegt, dass sie bei einer definierten Kraft ausreißt. Da die beiden langen Schenkeln 11 und 12 die Rippe 4 einschließen kann das Verbindungselement 8 somit entlang der Rippe 4 verschoben werden.
Die kurzen Schenkel 16 und 17 der Führungsbleche 9 und 10 verlaufen parallel zur Quererstreckung des Biegeträgers 2, so dass die Führungsbleche 9 und 10 mit Schraubverbindungen 18 und 19 an diesem befestigt werden können.
Damit bleibt die Faserverbundstruktur des FVK-Hohlprofilträgers 1 ungeschädigt, so dass im Falle einer axialen Stoßbelastung eine optimale Krafteinleitung und gleichmäßige Energieabsorption im Träger erfolgen kann.
Aus 3 geht eine zweite Ausführungsform des Verbindungselements 8 hervor, wobei hier auf die Darstellung eines Biegeträgers verzichtet wurde.
Das Verbindungselement wird durch zwei topfförmige Bauteile 20 und 21 gebildet, die in die durch die Rippe 4 gebildeten Hohlräume 6 und 7 eingepasst sind.
Die topfförmigen Bauteile 20 und 21 sind halbschalenförmige Hohlkörper, die wie insbesondere auch aus der perspektivischen Rückansicht gemäß 4 hervorgeht, jeweils eine gerade Seitenwand 22 und 23 aufweisen. Mit ihren geraden Seitenwänden 22 und 23 liegen die Bauteile 20 und 21 an der Oberseite 13 bzw. der Unterseite 14 der Rippe 4 an. Für die Montage werden die beiden Bauteile 20 und 21 von hinten, d.h. von der dem Biegeträger gegenüberliegenden Seite in die umfangsseitig mit Klebstoff beschichteten Hohlräume 6 und 7 des FVK-Hohlprofilträgers 1 eingeschoben. Durch die Verjüngung des FVK-Hohlprofilträgers 1 nach vorn werden die Bauteile 20 und 21 unter Vorspannung in dem FVK-Hohlprofilträger 1 gehalten.
Nach vorn zum Biegeträger hin schließen die Bauteile 20 und 21 jeweils mit einem Boden 24 und 25 ab, der im wesentlichen parallel zur Quererstreckung des Biegeträgers verläuft. Für die Anbindung an den Biegeträger werden die beiden Bauteile 20 und 21 über Schraubverbindungen 26 bis 29 mit einer Abdeckplatte 30 verbunden. Die Abdeckplatte 30 ist kreisförmig ausgebildet und steht mit einem Kreisring 31 über den FVK-Hohlprofilträger 1 über. Mit diesem Kreisring 31 kann dann eine Anbindung an den Biegeträger erfolgen. Das bewirkt bei einem Frontalaufprall gemäß Pfeil F, dass selbst bei einem versetzten Frontalaufprall die Kraft gleichmäßig in die Wände des FVK-Hohlprofilträgers 1 und die Rippe 4 verteilt werden kann.
Da die erfindungsgemäße Anbindung des FVK-Hohlprofilträgers an einen Biegeträger ohne Schraubverbindungen im Faserverbundkunststoff auskommt, können Korrosionen wirksam vermieden werden.

Claims

Hohlprofilträger aus Faserverbundkunststoff der über ein Verbindungselement mit einem kraftaufnehmenden Tragelement eines Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei die Verbindung zwischen Tragelement und Hohlprofilträger bei einer axial auf den Hohlprofilträger einwirkenden Stoßkraft durch das Verbindungselement erhalten bleibt, wobei sich das Verbindungselement (8) zumindest teilweise in den Hohlprofilträger (1) hinein erstreckt und an einer Innenwand (5, 13, 14) des Hohlprofilträgers (1) anliegt, wobei bei der axialen Stoßbelastung das Verbindungselement (8) an der Innenwand (5, 13, 14) des Hohlprofilträgers (1) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (13, 14) durch eine sich in Längsrichtung des Hohlprofilträgers (1) erstreckende Rippe (4) gebildet ist, die sich an der Innenwandung (5) des Hohlprofilträgers (1) abstützt.
Hohlprofilträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlprofilträger (1) konisch ausgebildet ist.
Hohlprofilträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippe (4) diametral in dem konisch ausgebildeten Hohlprofilträger (1) angeordnet ist und diesen in zwei Hohlräume (6, 7) unterteilt.
Hohlprofilträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8) zwei Führungsbleche (9, 10) umfasst, die oberhalb und unterhalb der Rippe (4) angeordnet sind.
Hohlprofilträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Führungsblech (9, 10) einen L-förmigen Längsschnitt aufweist, von denen ein langer Schenkel (11, 12) an der Rippe (4) und ein kurzer Schenkel (16, 17) an dem Tragelement (2) anliegt.
Hohlprofilträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befestigung des Führungsblechs (9, 10) an der Rippe (4) vorgesehen ist, die bei einer definierten Kraft ausreißt.
Hohlprofilträger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (8) zwei topfförmige Bauteile (20, 21) umfasst, die unter Vorspannung in – dem Tragelement (2) zugewandten – Hohlräumen (6, 7) des Hohlprofilträgers (1) eingepasst sind.
Hohlprofilträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der topfförmigen Bauteile (9, 10) zumindest teilweise gerade Seitenwände (22, 23) aufweisen, die zueinander parallel verlaufen.
Hohlprofilträger nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorderen Stirnseiten (24, 25) der topfförmigen Bauteile (20, 21) mit einer Abdeckplatte (30) miteinander verbunden sind.
Hohlprofilträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (30) kreisförmig ausgebildet und um das dem Tragelement (2) zugewandte Ende (3) des Hohlprofilträgers (1) kreisringförmig übersteht.
Hohlprofilträger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckplatte (30) an dem kreisringförmigen Überstand (31) mit dem Tragelement (2) verbunden ist.