DE102008060358A1

DE102008060358A1 - Anordnung zum Anbinden eines U-förmigen Profilteils aus faserverstärktem Kunststoff an eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008060358A1
Application number: DE102008060358A
Authority: DE
Inventors: Andreas Winkler; Jan Lohmann; Karl Dr. Durst; Markus Volkmer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2028-12-04
Also published as: DE102008060358B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anbinden eines U-förmigen Profilteils aus faserverstärkten Kunststoff an eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Mitteltunnels an eine Bodenstruktur. Erfindungsgemäß ist wenigsteens an einem der beiden Enden des Profilteils ein erstes Adapterteil mit einer Anlagefläche zur Verbindung mit der Tragstruktur vorgesehen, zur Bildung einer ersten Verbindung liegen die Anlagefläche des ersten Adapterteils und eine innere Oberfläche des Profilteils im Bereich dessen Randes flächenbündig aneinander, ferner ist ein zweites Adapterteil winkelförmig mit einem ersten und zweiten Schenkel ausgebildet, wobei der erste Schenkel des zweiten Adapterteils mit der Tragstruktur verbunden ist und zur Bildung einer zweiten Verbindung der zweite Schenkel des zweiten Adapterteils und eine äußere Oberefläche des Profilteils im Bereich dessen Randes flächenbündig aneinander liegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anbinden eines U-förmigen Profilteils aus faserverstärkten Kunststoff an eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Im Kraftfahrzeugbau, insbesondere für die Herstellung von Strukturbauteilen für Karosserien wird als Leichtbauwerkstoff unter dem Aspekt von Gewichtseinsparungen vorwiegenden Aluminium eingesetzt. Im Rahmen der Verbundbauweise werden ferner im Leichtbau aus Gewichtsgründen auch Faserverbundkunststoffe, wie beispielsweise Kohlefaserverbundkunststoffe (CFK) verwendet, insbesondere auch für Strukturbauteile, die häufig als räumliche Struktur ausgebildet sind, wie beispielsweise ein Mitteltunnel einer Bodenstruktur einer Kraftfahrzeug-Karosserie.
Neben der Gewichtseinsparung werden jedoch gleichzeitig von solchen Strukturteilen aus Faserverbundkunststoffen eine hohe Steifigkeit und eine hohe mechanische Belastbarkeit gefordert.
Bei Anbindung solcher Strukturbauteile aus Faserverbundkunst stoffen an eine Metallstruktur, bspw. an Längs- oder Querträgern einer Karosserie, sind die Verbindungsstellen bzw. die Krafteinleitungsstellen besonders kritisch. Dabei ist es bekannt, eine Verbindungsanordnung so zu konstruieren, dass die Kräfte nicht punktuell, sondern flächiger in die Strukturen eingeleitet werden. Gleichzeitig ist darauf zu achten, dass ein weitestgehend spannungsfreier Zusammenbau von Bauteilen aus Verbundmaterialien und Metall ermöglicht wird, ohne die Montage aufwändiger zu machen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anbindung eines U-förmigen Profilteils, insbesondere eines Mitteltunnels an eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die einen spannungsfreien Einbau des Profilteils in die Tragstruktur ermöglicht, ohne auf eine hohe mechanische Belastbarkeit zu verzichten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die in Patentanspruch 1 genannten Merkmale.
Mit einer derartige Anordnung wird mittels eines ersten Adapterteils und eines zweiten Adapterteils mit winkelförmigen Querschnitt eine Verbindung des U-förmigen Profilteils mit der Tragstruktur sandwichartig realisiert, die insbesondere in Längsrichtung des Profilteils einen einfachen Toleranzausgleich über die aneinander liegenden Flächen ermöglicht, da das Profilteil in dieser Richtung nicht gegen das Strukturteil anschlägt und ein dadurch entstehende Spalt zum Toleranzausgleich während der Montage, insbesondere vor einer Verklebung der Teile zur Verfügung steht.
Die erfindungsgemäße Anbindung lässt auch einen Toleranzaus gleich in der Ebene zu, die senkrecht zur Längsrichtung des Profilteils steht, da zur form- oder kraftschlüssigen Verbindung des Adapterteils mit der Tragstruktur, insbesondere mit einem Querträger der Tragstruktur hinsichtlich der Einbaulage keine Einschränkungen beachtet werden müssen.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden beide Enden des Profilteils über jeweils ein erstes und zweites Adapterteil mit der Tragstruktur, vorzugsweise mit einem Querträger der Tragstruktur verbunden, so dass wegen des möglichen Toleranzausgleichs in Längsrichtung des Profilteils eine einfache Montage in die Tragstruktur der Karosserie möglich ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische schematische Darstellung einer Fahrgastzelle mit einer Bodenstruktur, an der ein Mitteltunnel erfindungsgemäß angebunden ist,
2 eine Schnittdarstellung in Querrichtung des Mitteltunnels gemäß des Schnittes S1-S1 nach 1,
3 eine weitere Schnittdarstellung in Längsrichtung des Mitteltunnels im Bereich der Anbindung gemäß des Schnittes S2-S2 nach 1, und
4 eine weitere Schnittdarstellung in Längsrichtung des Mitteltunnels im Bereich der Anbindung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt eine Fahrgastzelle für eine Fahrzeug-Karosserie mit einer Bodenstruktur 9 und einer Dachstruktur 6. Die Bodenstruktur 9 als Tragstruktur weist einen vorderen Querträger 4 und einen hinteren Querträger 5 auf, zwischen denen mittig ein als Profilteil ausgeführter Mitteltunnel 1 angeordnet ist. Zusätzlich verbinden zwei äußere Längsträger 7 und 8 – auch Schweller genannt – die beiden Querträger 4 und 5. Zwei Längs träger an dem vorderen Querträger 4 nehmen einen Vorderwagen der Karosserie auf, während zwei Längsträger an dem hintern Querträger 5 einen Hinterwagen der Karosserie tragen.
Die Anbindung des U-förmigen Mitteltunnels 1 an den vorderen bzw. hinteren Querträger 4 bzw. 5 zeigen die in den 2 und 3 dargestellten Schnitte S1-S1 und S2-S2. Der Mitteltunnel 1 ist aus kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) hergestellt und gemäß 2 aus zwei annähernd L-förmigen Teilen gefertigt, die mit den kurzen Teilen der L-Form überlappend zusammengefügt sind.
Die Anbindung des U-förmigen Mitteltunnels 1 an die Querträger 4 und 5 erfolgt mittels eines plattenförmigen ersten Adapterteils 2, das mit einer seiner Stirnseiten stumpf mit den Querträgern 4 und 5 verbunden ist und mit einer Anlagefläche an einer inneren Oberfläche des Mitteltunnels 1 unter Ausbildung eines Überlappungsbereichs 11 flächenbündig anliegt, wodurch in diesem Überlappungsbereich 11 eine erste Klebeverbindung über einen Klebespalt (in den 2 und 3 nicht dargestellt) hergestellt wird. Der Mitteltunnel 1 ist hinsichtlich der Maße in Längsrichtung (x-Richtung) so ausgelegt, dass der Überlappungsbereich 11 an beiden Enden des Mitteltunnels 1 jeweils nicht an den Querträger 4 oder 5 anstößt, sondern dort ein Spalt 10 für den Toleranzausgleich in x-Richtung verbleibt. Natürlich ist es auch möglich, ein Ende des Mitteltunnels 1 an einen der Querträger 4 oder 5 anstoßen zu lassen, so dass der Toleranzausgleich über den am anderen Ende des Mitteltunnels 1 entstehenden Spalt 10 erfolgt.
Auf der äußeren Oberfläche des Mitteltunnels 1 wird in dessen Randbereichen eine zweite Klebeverbindung mit den Querträgern 4 und 5 über ein zweites Adapterteil 3 realisiert. Diese zwei te Adapterteil 3 ist winkelförmig mit einem ersten Schenkel 3a und einem zweiten Schenkel 3b ausgeformt. Das Adapterteil 3 liegt mit dem ersten Schenkel 3a flächenbündig an einem der Querträger 4 oder 5, während der zweite Schenkel 3b flächenbündig an der äußeren Oberfläche des Mitteltunnels 1 in dessen Randbereich flächenbündig anliegt und so in dem Überlappungsbereich 11 eine zweite Klebeverbindung über einen Klebespalt (in den 2 und 3 nicht dargestellt) entsteht. Mit diesem zweiten Adapterteil 3 wird der Spalt 10 überdeckt und zusammen mit dem ersten Adapterteil 2 der Mitteltunnel 1 in dessen Randbereich sandwichartig umschlossen.
Schließlich ist mit dem erfindungsgemäßen ersten und zweiten Adapterteil 2 und 3 auch ein Toleranzausgleich in y-Richtung und in z-Richtung an den jeweiligen Querträgern 4 und 5 möglich, da an den Montageflächen der Querträger 4 und 5 keine Begrenzungen oder sonstigen Einschränkungen hinsichtlich der Einbaulage dieser Adapterteil 2 und 3 zu beachten sind. Damit ist eine spannungsfreie Montage des Mitteltunnels 1 in die Bodenstruktur 9 möglich.
Die 4 zeigt eine Möglichkeit, wie das erste Adapterteil 2 einstückig mit einem der Querträger 4 oder 5 verbunden werden kann. Bei dieser Ausführungsform bildet das erste Adapterteil 2 zusammen mit einer der Querträger 4 oder 5 eine winkelförmiges Profil, so dass das erste Adapterteil 2 einen Schenkel dieses Profils bildet, an dem der Mitteltunnel 1 mit seiner inneren Oberfläche anliegt. Mit dieser Ausführungsform ist neben einem Toleranzausgleich in x-Richtung nur ein Toleranzausgleich in y-Richtung möglich. Jedoch kann über eine Variation der Dicke des Klebespaltes im Bereich der geschlossenen U-Form ein Toleranzausgleich in y-Richtung ermöglicht werden.
Die aus Metall oder CFK gefertigten Adapterteile 2 und 3 können entweder stoff-, form- oder kraftschlüssig mit den Querträgern 4 und 5 verbunden werden.

1: U-förmiges Profilteil bzw. Mitteltunnel
2: erstes Adapterteil
3: zweites Adapterteil
3a: erster Schenkel des zweiten Adapterteils 3
3b: zweiter Schenkel des zweiten Adapterteils 3
4: vorderer Querträger
5: hinterer Querträger
6: Dachstruktur der Karosserie
7: Längsträger (Schweller) der Bodenstruktur 9
8: Längsträger (Schweller) der Bodenstruktur 9
9: Bodenstruktur der Karosserie
10: Spalt
11: Überlappungsbereich

Claims

Anordnung zum Anbinden eines U-förmigen Profilteils (1) aus faserverstärkten Kunststoff an eine Tragstruktur (2) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Mitteltunnels an eine Bodenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens an einem der beiden Enden des Profilteils (1) ein erstes Adapterteil (2) und ein zweites Adapterteil (3) zur Verbindung mit der Tragstruktur (9) vorgesehen sind, – zur Bildung einer ersten Verbindung das erste Adapterteil (2) eine Anlagefläche aufweist, die an einer inneren Oberfläche des Profilteils (1) im Bereich dessen Randes flächenbündig anliegt, – das zweite Adapterteil (3) winkelförmig mit einem ersten und zweiten Schenkel (3a, 3b) ausgebildet ist, – der erste Schenkel (3a) des zweiten Adapterteils (3) mit der Tragstruktur (2) verbunden ist, und – zur Bildung einer zweiten Verbindung der zweite Schenkel (3b) des zweiten Adapterteils (3) und eine äußere Oberfläche des Profilteils (1) im Bereich dessen Randes flächenbündig aneinander liegen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden des Profilteils (1) über jeweils ein erstes und zweites Adapterteil (2, 3) mit der Tragstruktur (2) verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilteil (1) als Mitteltunnel U-förmig ausgebildet ist, und – das erste und zweite Adapterteil (2, 3) in Anpassung an den U-förmigen Querschnitt des Profilteils (1) ebenso U-förmig ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindungen des ersten und zweiten Adapterteils (2, 3) an die Tragstruktur (2) jeweils über einen Querträger (4, 5) erfolgen.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Adapterteil (2) plattenförmig ausgebildet ist und mit einer Stirnseite stumpf mit einem der Querträger (4, 5) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Adapterteil (2) zusammen mit einem Querträger (4, 5) ein winkelförmiges Profil bilden.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Adapterteil (2, 3) aus einem kohlenfaserverstärkten Kunststoff (CFK) hergestellt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Adapterteil (2, 3) aus Metall hergestellt sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilteil (1) aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK) hergestellt ist.