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Die
Erfindung betrifft einen Querträger für ein Frontmodul
eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 198 10 864
C2 ist ein Querträger für ein Frontmodul
eines Kraftfahrzeugs bekannt. Der Querträger umfasst einen
Kunststoffkörper und ein Verstärkungsmittel. Gemäß einer
offenbarten Ausführungsvariante ist das Verstärkungsmittel
in den Kunststoffkörper eingebettet, wobei das Verstärkungsmittel
als Stahlseil und/oder als Kunststofffaserseil ausgebildet ist.
Der Querträger verbindet die in Fahrtrichtung gesehen vorderen
Enden zweier im Frontbereich des Kraftfahrzeugs rechts und links seitlich
eines Motorraums angeordneter und quer zur Fahrtrichtung gegenüberliegender
Längsträger. Eine quer zur Fahrtrichtung in den
Querträger eingeleitete Zugkraft wird durch das Verstärkungsmittel
aufgenommen. Gemäß einer vorgestellten Lösung
sind die Bereiche der Anbindung des Querträgers an die Längsträger
zugleich Krafteinleitungsstellen für einen Frontaufprall
des Kraftfahrzeugs. Beim Einsatz eines Stahl- oder Kunststofffaserseils
als Verstärkungsmittel kann ein ausreichender Zusammenhalt
zwischen Verstärkungsmittel und Kunststoffkörper
oft nicht sichergestellt werden. Ein unerwünschtes Ablösen
des Verstärkungsmittels vom Kunststoffkörper deshalb möglich.
Außerdem kann die Verwendung eines Seils als Verstärkungsmittel
die Gestaltungsfreiheit bei der räumlichen Auslegung des
Kunststoffkörpers einschränken.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Querträger
der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Aufbau eine hohe
Gestaltungsfreiheit zulässt und dessen Komponenten besonders haltbar
miteinander Verbunden sind.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird ein Querträger mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Der Querträger
umfasst mindestens einen Kunststoffkörper und mindestens
ein Verstärkungsmittel, welches im Wesentlichen in den
Kunststoffkörper eingebettet ist. Das Verstärkungsmittel
weist Fasern und/oder Drähte auf. Dabei ist eine im Wesentlichen quer
zur Fahrtrichtung in den Querträger eingeleitete Zugkraft
zumindest teilweise von den Verstärkungsmitteln aufnehmbar.
Das Verstärkungsmittel ist in Form einer Matte ausgestaltet.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Matte” ein
im Wesentlichen flächiges Gebilde, welches als Strickgebilde,
Gewebe, als gewirktes oder gesponnenes Gebilde, Gelege oder Geflecht
sowie als Kombination mehrerer dieser Gebilde ausgestaltet sein
kann. Das Verstärkungsmittel kann beispielsweise Metall
oder Kunststoff enthalten. Ebenso kann das Verstärkungsmittel
Textil-, Glas- und/oder Mineralfasern – wie beispielsweise
Kohlefasern – aufweisen. Die Ausgestaltung des Verstärkungsmittels
in Form einer Matte wirkt sich vorteilhaft auf die Gestaltungsfreiheit
bei der Auslegung des Querträgers aus. So ist das Verstärkungsmittel
einer jeweiligen Breite, Kurvenform und/oder einer Wölbung
des Querträgers anpassbar. Die Stabilität oder
Dicke der Fasern oder Drähte des Verstärkungsmittels
sowie deren Abstand zueinander sind den lokalen Festigkeitsanforderung
im Querträger sowie der lokalen Dicke des Kunststoffkörpers
entsprechend auslegbar. Dies kann sich vorteilhaft im Hinblick auf
eine optimale Bauraumnutzung im Kraftfahrzeug auswirken. Der Querträger
ist so im Hinblick auf Gewichtsreduzierung optimiert auslegbar.
Außerdem tragen quer zur Zugrichtung verlaufende Fasern
oder Drähte des Verstärkungsmittels zu einer verbesserten
Verbindung zwischen Verstärkungsmittel und Kunststoffkörper
bei.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des Querträgers liegt darin,
dass das Verstärkungsmittel offene Maschen, Freiräume
und/oder Lücken aufweist, welche vom Material des Kunststoffkörpers
nahezu vollständig durchdrungen sind. Die Fasern und Drähte des
Verstärkungsmittels sind im Wesentlichen vollständig
vom Material des Kunststoffkörpers umschlossen. Bereiche,
in denen das Material des Kunststoffkörpers in das Verstärkungsmittel
eindringt, bilden eine formschlüssige Verbindung dieser beiden
Komponenten. Dies wirkt einem Ablösen des Verstärkungsmittels
vom Kunststoffkörper entgegen. Bereiche, in denen das Material
des Kunststoffköpers das Verstärkungsmittel vollständig
durchdringt, bilden belastbare Stege durch die Maschen, Freiräume oder
Lücken des Verstärkungsmittels hindurch und stabilisieren
auf diese Weise den Kunststoffkörper in seinen an das Verstärkungsmittel
angrenzenden Bereichen. Dies wirkt sich im Falle einer Krafteinleitung positiv
im Hinblick auf eine homogene Spannungsverteilung im Innern des
Querträgers aus.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Querträgers
weist der Kunststoffkörper eingelagerte, im Wesentlichen
ungerichtete Fasern auf. Abhängig von den gewünschten
Bauteileigenschaften des Querträgers sind beispielsweise Glas-,
Kohle- oder Textilfasern einsetzbar. Die Fasern können
gleichmäßig im gesamten Kunststoffkörper
eingelagert sein. Dadurch, dass sie ungerichtet und damit zufällig
orientiert sind, verstärken sie das Bauteil im Wesentlichen
unabhängig von der Belastungsrichtung. Je nach Anteil der
Fasern am Gewicht und/oder Volumen des Kunststoffkörpers
ist eine unterschiedliche Verstärkung des Kunststoffkörpers
erreichbar.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Querträgers
ist vorgesehen, dass der Querträger Schichten aus Verstärkungsmitteln
und Kunststoffkörpern aufweist. Diese Schichten sind durch Stoff-
und/oder Kraft- und/oder Formschluss flächig untereinander
verbunden. So kann der Querträger zum Beispiel wechselweise übereinander
geschichtete Kunststoffkörper und Verstärkungsmittel
aufweisen. Die Kontaktflächen der einzelnen Schichten können
thermoplastisch miteinander verschmolzen, aneinander vulkanisiert,
verklebt sowie – beispielsweise mit Hilfe ineinander greifende
Verrippungen – form- und/oder kraftschlüssig aneinander
gefügt sein. Durch einen derartigen Aufbau des Querträgers sind
Eigenschaften unterschiedlicher Werkstoffe der einzelnen Schichten
gezielt miteinander kombinierbar.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Querträgers besteht
darin, dass der Querträger ein Karosseriestrukturbauteil
einer rechten mit einem Karosseriestrukturbauteil einer linken Kotflügelbank am
in Fahrzeugrichtung gesehen vorderen Ende des Kraftfahrzeugs im
Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung miteinander verbindet. Im Zusammenhang
mit der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Kotflügelbank” einen
durch Karosseriestrukturbauteile ausgebildeten Bereich einer Rohbaustruktur
eines Kraftfahrzeugs, welcher in Fahrtrichtung gesehen im Wesentlichen
rechts- oder linksseitig eines Motorraums angeordnet ist. Die vorderen
Enden eines rechten und eines linken Längsträgers
des Kraftfahrzeugs sind durch den Querträger in einer Art
Zugverband miteinander verbindbar. Ein Vorteil dieser Ausführungsvariante
ist, dass sich die so miteinander verbundenen Längsträger
bei einem Frontaufprall des Kraftfahrzeugs gegenseitig stabilisieren.
Der Querträger wirkt einem Auseinanderbiegen der Längsträger
entgegen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Querträgers
ist vorgesehen, dass der Querträger im Kraftfahrzeug unterhalb
einer Motoroberkante angeordnet ist. Der Querträger weist
einen gekrümmten Verlauf auf und umspannt einen Motorblock
des Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung gesehen im Wesentlichen halbkreisförmig
von vorne. Bei dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass
der Querträger eine Verlagerung des Motorblocks in Fahrtrichtung – insbesondere
bei einem außermittigen Frontaufprall des Kraftfahrzeugs – relativ
zum Kraftfahrzeug abbremst. Die dabei auftretenden Kräfte
sind über entsprechende Anbindungen des Querträgers gezielt
auf die oberen Längsträger übertragbar.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Querträger
so ausgeführt, dass der Kunststoffkörper mindestens
eine Sollbruchstelle aufweist. Bei dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass
der Kunststoffkörper – beispielsweise bei einem Frontaufprall
des Kraftfahrzeugs – an mindestens einer vorbestimmten
Stelle und oberhalb einer vorgesehenen Belastung bricht. Es ist
außerdem vorgesehen, dass das plastisch und/oder elastisch
verformbare Verstärkungsmittel gebrochene Teilabschnitte des
Querträgers nach dem Bersten des Kunststoffkörpers
weiterhin untereinander verbindet. Auf diese Weise kann ein Zugverband
zwischen den durch den Querträger miteinander verbundenen
Karosseriestrukturteilen weiterhin aufrechterhalten werden. Die Sollbruchstelle
ermöglicht beispielsweise – in seiner Funktion
einem Kugelgelenk ähnlich – ein Strecken eines
gekrümmten Querträgers durch Brechen des Kunststoffkörpers
und unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung des Zugverbandes über
das Verstärkungsmittel. Umgekehrt können durch
ein Einknicken des Querträgers an der Sollbruchstelle unter
einer Druckbelastung Beschädigungen von durch den Frontaufprall
nicht direkt betroffenen Bauteilen reduziert werden. Dies kann einen
durch einen Frontaufprall verursachten Kaskoschaden maßgeblich
reduzieren.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des vorschlagsgemäßen
Querträgers ergeben sich aus Kombinationen der aus den
Unteransprüchen, den Zeichnungen sowie den zugehörigen
Figurenbeschreibung hervorgehenden Merkmale.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Dabei zeigen:
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1 als
schematische Darstellung in Draufsicht ein Ausführungsbeispiel
eines Querträgers für ein Frontmodul eines Kraftfahrzeugs
in Einbaulage in einem Kraftfahrzeug und
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2 den
Querträger gemäß 1 als Detailausbruch
im Profilschnitt I-II.
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1 zeigt
als schematische Darstellung einen Querträger 2 für
ein Frontmodul in Einbaulage in einem hier nicht dargestellten Kraftfahrzeug.
In dem dargestellten Koordinatensystem zeigt die x-Richtung in Fahrtrichtung
des Kraftfahrzeugs, die y-Richtung zeigt quer zur Fahrtrichtung,
und die z-Richtung zeigt vertikal nach oben senkrecht aus der Zeichenebene
heraus. Der Querträger 2 umfasst im Wesentlichen
einen Kunststoffkörper 4 mit zwei Sollbruchstellen 16a und 16b sowie
ein Verstärkungsmittel 6. Der Querträger 2 verläuft – in
Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs gesehen – in einem Bereich
vor einem Motorblock 12 im Wesentlichen geradlinig und
quer zur Fahrtrichtung. Rechts- und linksseitig des Motorblocks 12 ist
der Querträger 2 an den Sollbruchstellen 16a und 16b in
einem Winkel von ungefähr 45° entgegen der Fahrtrichtung
abgewinkelt und umschließt den Motorblock 12 in
etwa U-förmig von vorne. An seinen Enden links- und rechtsseitig
des Motorblocks 12 ist der Querträger 2 mit
zwei in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden, oberen Längsträgern 10a und 10b an
deren vorderen Enden fest verbunden. Das Verstärkungsmittel 6 ist
als längliche, flache und gurtähnliche Matte ausgestaltet
und eingeschlossen in den – hier transparent dargestellten – Kunststoffkörper 4.
Das Verstärkungsmittel 6 verläuft in
etwa horizontal und entlang der rückwärtigen Außenkante
des Querträgers 2. Das Verstärkungsmittel 6 ist
an seinen Enden, gemeinsam mit dem Querträger 2,
mit den vorderen Enden der Längsträger 10a und 10b fest
verbunden.
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2 zeigt
schematisch dargestellt den Querträger 2 gemäß 1 als
Detailausbruch im Profilschnitt I-II. x-, y-, und z-Richtung sind
analog 1 ausgerichtet. Der Querträger 2 ist
in einem Abstand A vor dem Motorblock 12 und unterhalb
einer Motoroberkante 14 angeordnet. Das Verstärkungsmittel 6 weist
eine Anzahl von Fasern und Drähten 8 auf. Die
Fasern und Drähte 8 verlaufen im Wesentlichen
in der x-y-Ebene. Sie sind in den Kunststoffkörper 4 eingebettet.
Aufgrund der Lage des Profilschnitts I-II sind in der Darstellung
nur die an dieser Stelle in y-Richtung verlaufenden Fasern und Drähte 8 des
Verstärkungsmittels 6 sichtbar. Die dazu quer verlaufenden
Fasern und Drähte 8 sind durch das Material des
Kunststoffkörpers 4 verdeckt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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