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Die Erfindung betrifft eine Tragsäule für einen Kraftwagenrohbau, insbesondere eines Personenkraftwagens, welche zumindest über einen Längenbereich ein einen Hohlraum begrenzendes Hohlquerschnittsprofil aufweist, innerhalb welchem ein Hohlprofilkörper zur Verstärkung der Trägsäule angeordnet ist.
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Den Tragsäulen kommt im Falle eines Unfalls mit Überschlagen des Wagens die lebenserhaltende Aufgabe zu, die Fahrgastzelle gegen vertikale Verformung zu stabilisieren. Sehr wichtig ist auch die Aufnahme von Kräften beim Seitenaufprall, damit die Fahrzeuginsassen unversehrt bleiben. Zur Erfüllung der Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen an die Tragsäulen bei solchen Crash-Lastfällen müssen, teilweise unter enormem Gewichtseinsatz, Maßnahmen zur Verstärkung der Trägsäulen getroffen werden.
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Aus der
DE 199 39 462 A1 und aus der
DE 101 17 009 A1 sind bereits solche Tragsäulen mit derartigen Hohlprofilkörpern für einen Kraftwagenrohbau als bekannt zu entnehmen. Dabei umfassen diese Tragsäulen jeweils einen säulenförmigen Hohlkörper, der eine bzw. zwei Profilschalen aufweist, und einen im Hohlkörper angeordneten, sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Hohlkörpers erstreckenden und daran befestigten rohrförmigen Hohlprofilkörper, welcher zur Verstärkung der Tragsäule vorgesehen ist. Der Rohrkörper ist dabei aus einem metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus Stahl, ausgebildet.
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Speziell bei offenen Personenkraftwagen sind die Anforderungen an Stabilität und Steifigkeit der A-Säule gegenüber geschlossenen Personenkraftwagen weiter erhöht, da nach hinten führende Dachrahmenteile der Fahrgastzelle, wie sie bei geschlossenen Personenkraftwagen zur Stützung der A-Säule vorgesehen sind, fehlen. Bei offenen Fahrzeugen werden dazu häufig Rohre aus hochfestem Stahl zur Verstärkung eingesetzt.
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Dies führt zu erheblichem Mehrgewicht, Mehrkosten, sowie massiven Problemen beim Fügen der Bauteile, wie beispielsweise Bauteilverzug beim thermischen Fügen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tragsäule für einen Kraftwagenrohbau, insbesondere eines Personenkraftwagens, der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein reduziertes Gewicht aufweist und die Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen in den verschiedenen Crash-Lastfällen erfüllt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Tragsäule mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der Hohlprofilkörper, der innerhalb des Hohlquerschnittsprofils der Tragsäule zu ihrer Verstärkung angeordnet ist, aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK), insbesondere aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK), ausgebildet ist. Kohlefaserverstärkte Kunststoffe weisen sehr hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei einem vergleichsweise sehr geringen Gewicht auf. Dadurch kann bei einer solchen Tragsäule gegenüber dem Stand der Technik eine erhebliche Gewichtsreduktion erreicht werden, welche sich zu Gunsten des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emission aufgrund einer Reduzierung der nötigen Antriebsleistung auswirkt.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die Ausrichtung der Fasern des faserverstärkten Kunststoffs (FVK) eine Verbesserung der Aufnahme von Kräften bei einem Seitenaufprall erreicht werden kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Hohlprofilkörper mittels einer Fügverbindung, insbesondere einer Klebverbindung, an mindestens einer Profilschale des Hohlquerschnittsprofils befestigt ist. Durch die Verklebung werden Kräfte großflächig eingeleitet. Die Steifigkeit und Ermüdungsfestigkeit einer geklebten Struktur ist dadurch sehr hoch.
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Der Hohlprofilkörper wird bereits im Rohbauzustand vor der Lackierung in die Rohkarosserie verbaut. Erfolgt die Verklebung mit einem Klebstoff, der im Zuge des Lackierprozesses durch Temperaturerhöhung aushärtet, wie beispielsweise einem Epoxidharz-Klebstoff, und ist zum Grundieren des Kraftwagenrohbaus ein Bad einer Kathodischen Tauchlackierung (KTL) vorgesehen, ist zu berücksichtigen, dass der Kleber vor dem Eintauchen in das KTL-Bad zumindest an seiner Oberfläche so weit gehärtet bzw. angeliert ist, dass er das KTL-Bad nicht verschmutzen kann.
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Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn der Hohlprofilkörper mittels mindestens eines Vorfixierelements an der mindestens einen Profilschale vorfixiert ist. Mit anderen Worten wird der Hohlprofilkörper im Kraftwagenrohbau zusätzlich zu der Klebverbindung mithilfe mindestens eines Vorfixierelements an der Tragsäule fixiert, sodass der Hohlprofilkörper durch das Vorfixierelement in seiner Einbaulage bis zum Aushärten des Klebstoffs gehalten wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich darüber hinaus als vorteilhaft gezeigt, wenn das mindestens eine Vorfixierelement als Rastelement ausgebildet ist, welches an einer korrespondierenden tragsäulenseitigen Rastaufnahme fixierbar ist. Die tragsäulenseitige Rastaufnahme kann dabei beispielweise durch ein Loch ausgebildet sein.
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Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das mindestens eine Vorfixierelement einen offenen Aufnahmebereich für den Hohlprofilkörper aufweist, in dem der Hohlprofilkörper insbesondere durch Einrasten vorfixierbar ist. Durch Einrasten kann der Hohlprofilkörper auf einfache Weise an einem an einer Profilschale fixierten Vorfixierelement angebracht und vorfixiert werden. Wenn der Aufnahmebereich und der Hohlprofilkörper zumindest teilweise denselben Querschnitt aufweisen, kann der Hohlprofilkörper beispielsweise mithilfe eines doppelseitigen Montageklebebands in dem Aufnahmebereich des Vorfixierelements vorfixiert werden.
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Die Temperatur in einem KTL-Bad sowie in dem nachfolgenden Ofen zum Einbrennen der Karosserielackierung kann bis zu 220°C erreichen. Aus diesem Grund ist es schließlich vorgesehen, dass der faserverstärkte Kunststoff (FVK) eine bis etwa 220°C temperaturbeständige Kunststoffmatrix aufweist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische und ausschnittsweise Schnittansicht einer Tragsäule für einen Kraftwagenrohbau eines Personenkraftwagens; und
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2 eine ausschnittsweise Schnittansicht der in 1 dargestellten Tragsäule entlang der Linie II-II.
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1 zeigt eine perspektivische und ausschnittsweise Schnittansicht einer Tragsäule 10 für einen nicht weiter dargestellten Kraftwagenrohbau eines Personenkraftwagens. Die Tragsäule 10 weist zwei Profilschalen 12, 14 auf, welche über zwei Verbindungsflansche 16, 18 miteinander verbunden sind. Die Tragsäule 10 weist somit ein Hohlquerschnittsprofil 20 über einen Längenbereich auf, welcher einen Hohlraum 22 begrenzt und innerhalb welchem ein im Querschnitt umlaufend geschlossener Hohlprofilkörper 24 in Form eines Rohres zur Verstärkung der Tragsäule 10 angeordnet ist.
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Um das Gewicht der Tragsäule 10 gering zu halten und trotzdem die Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen in den verschiedenen Crash-Lastfällen zu erfüllen, ist der Hohlprofilkörper 24 aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK), insbesondere aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK), ausgebildet. Dabei ist die Kunststoffmatrix des faserverstärkten Kunststoffs (FVK) so ausgewählt, dass sie bei der Temperatur des Bades einer Kathodischen Tauchlackierung (KTL) sowie des nachfolgenden Ofens zum Einbrennen der Karosserielackierung, welche bis zu 220°C betragen kann, nicht beschädigt wird.
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Der Hohlprofilkörper 24 ist mittels einer Klebverbindung 26 an einer der Profilschalen 12 befestigt, wie in 1 mittels der Darstellung einer Kleberaupe 28 gezeigt ist. Das Auftragen des Klebstoffs zwischen dem Hohlprofilkörper 24 und der Profilschale 12 erfolgt im Rohbauzustand vor der Lackierung des Karosserierohbaus, wobei der eingesetzte Klebstoff erst im Zuge des nachfolgenden Lackierprozesses des Karosserierohbaus durch Temperaturerhöhung aushärtet. Aus diesem Grund ist vor der Aushärtung des Klebstoffs durch die Klebverbindung 26 allein eine dauerhafte und widerstandsfähige Befestigung des Hohlprofilkörpers 24 noch nicht erreicht. Damit sich der Hohlprofilkörper 24 vor dem Lackierprozess nicht bewegt, ist ein Vorfixierelement 30 vorgesehen, welches zusätzlich zu der Klebverbindung 26 zur Vorfixierung des Hohlprofilkörpers 24 an der Profilschale 12 verwendet wird.
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2 zeigt eine ausschnittsweise Schnittansicht der in 1 dargestellten Tragsäule entlang der Linie II-II, bei welcher erkennbar ist, dass der Hohlprofilkörper 24 mittels eines Vorfixierelements 30 an der Profilschale 12 vorfixiert worden ist. Dadurch ist es vor dem Aushärten des Klebstoffs möglich, den Hohlprofilkörper 24 in seiner Einbaulage zu halten. Obwohl hier ein einziges Vorfixierelement 30 gezeigt ist, können mehrere Vorfixierelemente 30 entlang des Hohlprofilkörpers 24 vorgesehen sein.
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Das Vorfixierelement 30 ist als ein Kunststoff-Clip ausgebildet und weist einerseits einen Halteabschnitt 32 auf, welcher als Rastelement 34 ausgebildet ist und an einer korrespondierenden tragsäulenseitigen Rastaufnahme 36 fixiert ist, welche hier als ein Loch 37 in der Profilschale 12 ausgebildet ist. Andererseits weist das Vorfixierelement 30 einen Halteabschnitt 38 mit einem offenen Aufnahmebereich 40 für den Hohlprofilkörper 24 auf, in welchem der Hohlprofilkörper 24 durch Einrasten vorfixiert ist.
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Alternativ der Hohlprofilkörper 24 an der Profilschale 12 mit Hilfe eines Rastelements vorfixiert werden, welches seitliche Laschen (insbesondere metallische Laschen) aufweist, die mit der Profilschale 12 mittels Punktschweißen verbunden werden.
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Dadurch, dass der Aufnahmebereich 40 und der Hohlprofilkörper 24 zumindest teilweise denselben Querschnitt aufweisen, wäre es anstatt des Einrastens auch möglich, den Hohlprofilkörper 24 an dem Aufnahmebereich 40 durch eine Klebverbindung, beispielsweise auf einfache Weise mittels eines doppelseitigen Klebebands, vorzufixieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19939462 A1 [0003]
- DE 10117009 A1 [0003]
