DE102004025245A1

DE102004025245A1 - Hybridquerträger für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004025245A1
Application number: DE200410025245
Authority: DE
Inventors: Zeynel Dipl.-Ing. Güngör; Timo Dipl.-Ing. Himmel (Ba)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2004-05-22
Filing date: 2004-05-22
Publication date: 2005-12-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hybridquerträger 1 für Kraftfahrzeuge, der mit einem Luftkanäle 4 aufweisenden Gehäuseteil 3 und mindestens einer Instrumentenkonsole in Wirkverbindung steht, wobei zumindest das Gehäuseteil 3 und/oder die Instrumentenkonsole eine Kunststoffverrippung 2 aufweisen und aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, wobei die Abstützung des Hybridquerträgers 1 oder der mit ihm verbundenen Teile an Karosserieteilen des Kraftfahrzeugs mit Hilfe von Metalleinlegern 10 erfolgt. DOLLAR A Das die Luftkanäle 4 aufweisende Gehäuseteil 3 ist in den Hybridquerträger 1 integriert, der zumindest teilweise aus einem mit Kunststoff ummantelten Metallteil besteht, an das die im Wesentlichen aus Kunststoff gebildete Instrumentenkonsole angeschlossen ist, wobei zumindest an der Unterseite des Hybridquerträgers 1 die Kunststoffverrippung 2 vorgesehen ist. Hierdurch kann der Verformungswiderstand erhöht und gleichzeitig Gewicht eingespart werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridquerträger für Kraftfahrzeuge, der mit einem Luftkanäle aufweisenden Gehäuseteil und mindestens einer Instrumentenkonsole in Wirkverbindung steht, wobei zumindest das Gehäuseteil und/oder die Instrumentenkonsole eine Kunststoffverrippung aufweist und aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen besteht und die Abstützung des Hybridquerträgers und/oder der mit ihm verbundenen Teile an Karosserieteilen des Kraftfahrzeugs mit Hilfe von Metalleinlegern erfolgt.

Es ist bereits ein Hybridquerträger für Kraftfahrzeuge bekannt ( DE 101 44 714 A1 ), der mit einem Luftkanäle aufweisenden Gehäuseteil ausgestattet ist, an das eine Instrumentenkonsole anschließbar ist, wobei der Hybridquerträger aus zwei unterschiedlichen Kunststoff-Werkstoffen besteht. Die Konstruktion ist zwar leicht genug, wird jedoch nicht den hohen Sicherheitsanforderungen bei einem seitlichen Aufprall auf das Kraftfahrzeug gerecht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Hybridquerträger bzw. dessen an ihn angeschlossene Teile derart auszubilden und anzuordnen, dass trotz großer Gewichtseinsparung ein hoher Verformungswiderstand erreicht wird und somit die An forderungen bei einem Crash an Steifigkeit und Schwingungsverhalten bzw. NVH erfüllt werden.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass das die Luftkanäle aufweisende Gehäuseteil in den Hybridquerträger integriert ist, der zumindest teilweise aus einem mit Kunststoff ummantelten Metallteil besteht, an das die im Wesentlichen aus Kunststoff gebildete Instrumentenkonsole angeschlossen ist, wobei zumindest an einer Seite des Hybridquerträgers eine Kunststoffverrippung vorgesehen ist.

Bei der Verwendung von Kunststoff und Metall im Hybridquerträger wird ein Leichtbaueffekt erzielt und gleichzeitig der Verformungswiderstand erhöht.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass in das die Luftkanäle aufweisende Gehäuseteil Metalleinleger integriert sind, wobei zumindest je ein Metalleinleger an einer rechten und/oder linken A-Säule des Kraftfahrzeugs befestigt ist. Da das zum Hybridquerträger gehörende Gehäuseteil mit einer Stahleinlage ausgestattet ist, wird der Verformungswiderstand bei seitlichem Aufprall wesentlich verbessert. Durch die Integration des Luftkanals in den Hybridquerträger wird auch die Steifigkeit und das Schwingungsverhalten des Cockpits bzw. des Hybridquerträgers deutlich verbessert.

Eine gute Abstützung der beiden A-Säulen des Fahrzeugs erhält man dadurch, dass die Metalleinleger mit Hilfe einer Formschlussverbindung mit dem Kunststoffteil des Gehäuseteils verbunden sind.

Ferner ist es vorteilhaft, dass der Metalleinleger zur Formschlussverbindung mit dem Gehäuseteil Durchdringungen auf weist. Hierdurch wird der Verformungswiderstand weiter verbessert.

Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass das im Gehäuseteil eingeformte Metallteil im Wesentlichen auf einer mit Bezug auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs quer verlaufenden Ebene liegt. Mit Hilfe der Kunststoffverrippung kann ohne wesentliche Gewichtszunahme des Cockpitquerträgers der Verformungswiderstand des Hybridquerträgers verbessert werden.

Weiterer Vorteil hierzu ist auch, dass durch Integration der umspritzten Lenksäulenkonsole die Lenksäule mit großer Steifigkeit an den Windlauf rahmen bzw. den Querträger des Windschutzes angeschlossen ist. Dadurch werden störende Lenkradschwingungen vermieden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass die Kunststoffverrippung, die an dem Hybridquerträger und an den mit diesem verbundenen Gehäuseteilen oder Teilen der Instrumentenkonsole angeschlossen ist, in etwa rechteckförmige Waben aufweist, deren Seitenwände mit Bezug auf die Quermittelebene einen Winkel zwischen 20° und 60°, insbesondere zwischen 40° und 50°, einschließen. Hierdurch erhält man fertigungstechnisch sehr günstige und belastungsgerechte Rippenabstände.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass der Hybridquerträger zwischen einem mit Bezug auf die Standfläche des Fahrzeugs in etwa horizontal verlaufenden, zum Windschutz dienenden Abdeckteil, dem die Luftkanäle aufnehmenden Gehäuseteil und einer das Gehäuseteil abdeckenden Instrumentenkonsole eingeformt ist oder mit diesen Teilen eine einteilige Baueinheit bildet, wobei etwa die gesamte Unterseite mit der Kunststoffverrippung versehen ist. Hierdurch wird insgesamt mit einfachen Mitteln bei geringstem Gewicht für den gesamten Cockpitquerträger eine verformungssteife Gesamtanordnung geschaffen.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dass das seitlich des Hybridquerträgers vorgesehene Abdeckteil und das ebenfalls seitlich vorgesehene, die Luftkanäle aufweisende Gehäuseteil oder zumindest seine eine hintere Wand aus einem Kunststoff oder einem glasfaserverstärkten Polyamid bestehen. Die Verwendung von PA und einem Glasfaserwerkstoff trägt auch zur Kostenreduzierung bei.

Vorteilhaft ist es ferner, dass einzelne Rippen an ihren Schnittstellen Rippendome aufweisen, die zwischen dem Kunststoffteil des Gehäuseteils und dem Metallteil des Hybridquerträgers einen Formschluss herstellen. Die Kunststoffverrippung trägt wesentlich zur Verformungsfestigkeit bei.

Außerdem ist es vorteilhaft, dass unterhalb des Rippendoms das Metallteil des Hybridquerträgers ein Durchgangsloch aufweist, in das ein Verbindungselement zur Verbindung des Rippendoms mit dem Metallteil eingeführt werden kann. Hierdurch wird die Verformungsfestigkeit weiter erhöht.

Vorteihaft ist es auch, dass zumindest ein Metalleinleger für die Befestigung einer Lenksäule in den Hybridquerträger integriert ist. Durch den Anschluss der Lenksäule an den Hybridquerträger werden Lenkradschwingungen sehr stark reduziert.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.
Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Cockpitquerträgers mit einem Hybridquerträger und einem Luftkanäle aufweisenden Gehäuseteil in der Ansicht von oben,
2 einen Cockpitquerträger gemäß 1 in der Ansicht von unten,
3 eine perspektivische Darstellung von Metalleinlegern zum Anschluss des Hybridquerträgers an Karosserieteile eines Kraftfahrzeugs.
In 1 ist ein nur teilweise dargestelltes Cockpitoberteil veranschaulicht, das aus einem Hybridquerträger 1 und einem mit diesem einteilig umspritzten, als Tiefziehteil ausgebildeten Gehäuseteil 3 besteht. In den Hybridquerträger 1 ist ebenfalls ein mit ihm fest verbundenes Abdeckteil 14 integriert, das sich in Richtung eines in der Zeichnung nicht dargestellten Windschutzes erstreckt und an diesen in etwa anstößt.
Der Hybridquerträger 1 besteht aus einer mit Bezug auf die Standfläche des Fahrzeugs horizontal verlaufenden Platte 19, in die zwei sich in Fahrtrichtung erstreckende, parallel verlaufende Rippen 20 eingeformt sind, die zur Versteifung der Platte 19 dienen.
An den Hybridquerträger 1 schließt sich das Gehäuseteil 3 an, das aus einer aufrecht stehenden, mit Bezug auf die Fahrtrichtung vorderen Wand 18 und einer mit Abstand dazu parallel verlaufenden hinteren Wand 17 gebildet ist. Die beiden Wände 17, 18 schließen einen rechten und linken Luftkanal 4 ein. Die beiden Luftkanäle 4 beginnen an einer Einlassöffnung 16 einer in der Zeichnung nicht dargestellten Klimaanlage. In der Draufsicht sind die beiden Luftkanäle 4 U-förmig ausgebildet.
Die Platte 19 und das Gehäuseteil 3, die aus einem einteiligen Metalltiefziehteil bestehen, bilden insgesamt den Cockpitquerträger bzw. Hybridquerträger 1. Das Metalltiefziehteil der Platte 19 und des Gehäuseteils 3 ist von einem Kunststoff zumindest teilweise ummantelt und dient dazu, bei seitlichem Crash Verformungswiderstände aufzunehmen. Die Platte 19 und/oder das Gehäuseteil 3 können auch, wie nachstehend beschrieben, mit dem Kunststoff ummantelt werden, aus dem eine Kunststoffverrippung 2 gebildet ist.
Der Cockpitaufbau besteht aus zwei Bauteilen, die sich in den Hybridquerträger 1 integrieren lassen, und zwar aus der in der Zeichnung nicht dargestellten oberen Instrumententafel bzw. Instrumentenkonsole und dem unteren die Luftkanäle 4 aufweisenden Gehäuseteil 3, die als ein Bauteil miteinander verbunden und als ein Bauteil in den Hybridquerträger 1 integriert sind. Die Instrumententafel bzw. Instrumentenkonsole besteht aus einem Polyamid, welches auch glasfaserverstärkt sein kann.
Der Hybridquerträger 1 ist über zwei jeweils am äußeren Ende des Hybridquerträgers 1 eingeformte Metalleinleger 10 an die rechte und linke in der Zeichnung nicht dargestellte A-Säule des Kraftfahrzeugs angeschlossen. Die beiden Metalleinleger 10 sind in 3 näher veranschaulicht und bestehen jeweils aus einem horizontal verlaufenden Schenkel 23, in die je eine Rippe 22 eingeformt ist. An den Schenkel 23 schließt sich ein rechtwinkliger Flansch 24 mit zwei Bohrungen 21 zur Aufnahme von Schraubenbolzen an, über die der Flansch an der A-Säule befestigt werden kann. Zwei weitere Metalleinleger 10.1, 10.2 dienen zum Anschluss der Lenksäule des Kraft fahrzeugs und weisen hierzu Bohrungen 25, 26 auf. Die Metalleinleger 10 bzw. das Metalltiefziehteil werden in einem vorgeschalteten Arbeitsgang umgeformt und anschließend in das Spritzgusswerkzeug eingelegt. Im darauffolgenden Spritzzyklus werden die Teile miteinander verbunden.
Der wichtigste Bestandteil des Cockpits sind die obere Instrumententafel bzw. Instrumentenkonsole und das die Luftkanäle 4 aufweisende Gehäuseteil 3, das mit einer von einem Kunststoff ummantelten Stahleinlage ausgestattet ist. Die Ummantelung der Stahleinlage bzw. die Auskleidung der Luftkanäle 4 kann auch mittels Polyamid und eines Glasfaserwerkstoffs erfolgen, wobei die Glasfasern vollständig in den Kunststoff eingebettet sind, damit keine losen Glasfaserpartikel in den Luftstrom gelangen können.
Das mit Bezug auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorne vor dem Gehäuseteil 3 liegende Abdeckteil 14 ist ebenfalls mit dem Gehäuseteil 3 fest bzw. einteilig verbunden und besteht aus PA, das auch glasfaserverstärkt sein kann. Die drei Teile bilden insgesamt eine Baueinheit und stellen den Hybridquerträger 1 bzw. den Cockpitquerträger dar.
Die Kunststoffverrippung 2 ist an den Hybridquerträger 1 und die mit dem Hybridquerträger 1 verbundenen Gehäuseteile 3 oder Teile der in der Zeichnung nicht dargestellten Instrumentenkonsole angeschlossen. Die Kunststoffverrippung 2 ist mit belastungsgerechten Waben bzw. Rippen 11 ausgestattet.
Die einzelnen Rippen weisen an ihren Schnittstellen Rippendome 15 auf, die eine Verbindung bzw. einen Formschluss zwischen dem Kunststoffteil des Gehäuseteils 3 und dem Metallteil des Hybridquerträgers 1 und dessen daran angeschlossenen Teilen herstellen. Unterhalb des Rippendoms 15 weist das Me tallteil des Hybridquerträgers 1 ein Durchgangsloch auf, in das ein Verbindungselement zur Verbindung des Rippendoms 15 mit dem Metallteil eingeführt werden kann. Die Kunststoffverrippung 2 stellt eine Versteifung des Cockpits dar. In die Kunststoffverrippung 2 können auch Metallteile eingespritzt werden.
Die einzelnen Rippen 11 bilden in etwa rechteckförmige Waben, deren Seitenwände 12 mit Bezug auf die Quermittelebene einen Winkel zwischen 30° und 60°, insbesondere zwischen 40° und 50° einschließen. Hierdurch erhält man fertigungstechnisch sehr günstige und belastungsgerechte Rippenabstände.

Claims

Hybridquerträger (1) für Kraftfahrzeuge, der mit einem Luftkanäle (4) aufweisenden Gehäuseteil (3) und mindestens einer Instrumentenkonsole in Wirkverbindung steht, wobei zumindest das Gehäuseteil (3) und/oder die Instrumentenkonsole eine Kunststoffverrippung (2) aufweist und aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen besteht, wobei die Abstützung des Hybridquerträgers (1) und/oder der mit ihm verbundenen Teile an Karosserieteilen des Kraftfahrzeugs mit Hilfe von Metalleinlegern (10) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das die Luftkanäle (4) aufweisende Gehäuseteil (3) in den Hybridquerträger (1) integriert ist, der zumindest teilweise aus einem mit Kunststoff ummantelten Metallteil besteht, an das die im Wesentlichen aus Kunststoff gebildete Instrumentenkonsole angeschlossen ist, wobei zumindest an einer Unterseite des Hybridquerträgers (1) die Kunststoffverrippung (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das die Luftkanäle (4) aufweisende Gehäuseteil (3) Metalleinleger (10) integriert sind, wobei zumindest je ein Metalleinleger (10) an einer rechten und/oder linken A-Säule des Kraftfahrzeugs befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalleinleger (10) mit Hilfe einer Formschlussverbindung mit dem Kunststoffteil des Gehäuseteils (3) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalleinleger (10) zur Formschlussverbindung mit dem Gehäuseteil (3) Durchdringungen (9) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das im Gehäuseteil (3) eingeformte Metallteil im Wesentlichen auf einer mit Bezug auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs quer verlaufenden Ebene liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverrippung (2), die an dem Hybridquerträger (1) und an den mit diesem verbundenen Gehäuseteilen oder Teilen der Instrumentenkonsole angeschlossen ist, in etwa rechteckförmige Waben aufweist, deren Seitenwände mit Bezug auf die Quermittelebene einen Winkel zwischen 20° und 60°, insbesondere zwischen 40° und 50°, einschließen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hybridquerträger (1) zwischen einem mit Bezug auf die Standfläche des Fahrzeugs in etwa horizontal verlaufenden, zum Windschutz dienenden Abdeckteil (14), dem die Luftkanäle (4) aufnehmenden Gehäuseteil (3) und einer das Gehäuseteil (3) abdeckenden Instrumentenkonsole eingeformt ist oder mit diesen Teilen eine einteilige Baueinheit bildet, wobei etwa die gesamte Unterseite mit der Kunststoffverrippung (2) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das seitlich des Hybridquerträgers (1) vorgesehene Abdeckteil (14) und das ebenfalls seitlich vorgesehene, die Luftkanäle (4) aufweisende Gehäuseteil (3) oder zumindest seine eine hintere Wand (17) aus einem Kunststoff oder einem Glasfasergewebe bestehen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffverrippung (2) mit Bezug auf den Metalleinleger (10) rechtwinklig angeordnet ist und einzelne Rippen (20) an ihren Schnittstellen Rippendome (15) aufweisen, die zwischen dem Kunststoffteil des Gehäuseteils (3) und dem Metallteil des Hybridquerträgers (1) einen Formschluss herstellen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Rippendoms (15) das Metallteil des Hybridquerträgers (1) ein Durchgangsloch aufweist, in das ein Verbindungselement zur Verbindung des Rippendoms (15) mit dem Metallteil eingeführt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Metalleinleger (10.1) für die Befestigung einer Lenksäule in den Hybridquerträger (1) integriert ist.