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Die
Erfindung betrifft eine Versteifungsstrebe für ein Kraftfahrzeug
sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Versteifungsstrebe.
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Üblicher
Weise werden Versteifungsstreben in Kraftfahrzeugen verwendet, um
einen auf das Kraftfahrzeug gerichteten, kollisionsbedingten Energieeintrag
zu absorbieren und auf andere Energie absorbierende Bereiche der
Kraftfahrzeugkarosserie zu verteilen. Insbesondere können
solche Versteifungsstreben als Seitenaufprallschutz in einer Tür
des Kraftfahrzeugs angeordnet werden.
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Aus
der
DE 10 2007
025 439 B3 ist eine Versteifungsstrebe für ein
Kraftfahrzeug bekannt, bei der ein durch einen äußeren
Mantel begrenztes Hohlprofil eine in mehrere Kammern unterteilte
Stützstruktur aufweist. Dabei werden bei der Herstellung
der Versteifungsstrebe Ausnehmungen angepresst, die derart gestaltet
sind, dass zumindest eine Kammer der Hohlraumstruktur erhalten bleibt
oder zumindest eine Strebe der Stützstruktur im Wesentlichen
unverformt bleibt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik
verbesserte Versteifungsstrebe anzugeben, deren Gewicht reduziert
ist und die den Schutz eines Fahrzeuginsassen bei einer Kollision
sicherstellt. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zur Herstellung einer Versteifungsstrebe zu entwickeln,
das eine besonders schnelle und kostengünstige Herstellung ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Versteifungsstrebe für ein Kraftfahrzeug mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung
einer Versteifungsstrebe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
5 oder 6.
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Vorteilhafte
Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine
Versteifungsstrebe für ein Kraftfahrzeug weist ein durch
einen äußeren Mantel begrenztes Hohlprofil auf.
Erfindungsgemäß umfasst das Hohlprofil zumindest
eine Kammer, innerhalb derer ein Strukturelement angeordnet ist.
Das Strukturelement weist eine innere Struktur auf, die eine Vielzahl
von Hohlräumen umfasst.
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Derart
ausgebildete Versteifungsstreben haben ein geringes Gewicht und
weisen die nötige Verformungssteifigkeit auf, um einer
etwaigen Deformierung im Kollisionsfall entgegenzuwirken. Das so
eingesparte Gewicht kann beispielsweise genutzt werden, um eine
Außenwand des Kraftfahrzeugs gegebenenfalls weiter zu verstärken,
um so das Widerstandsmoment der Außenwand zusätzlich
zu erhöhen.
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Durch
die Anordnung eines Strukturelements innerhalb einer Kammer des
Hohlprofils ist insbesondere die Herstellung einer Versteifungsstrebe mit
ausreichendem Widerstandsmoment ermöglicht, deren Hohlprofil
eine besonders einfache Verstrebungsstruktur aufweist. Idealer Weise
kann die Verstrebungsstruktur vollkommen durch das Strukturelement
ersetzt werden. Dadurch können Hohlprofile ohne Verstrebungsstruktur
hergestellt werden, die insbesondere nur eine einzige Kammer aufweisen können.
Solche Hohlprofile können auf besonders einfache Art und
Weise zur Festigkeitssteigerung abgeschreckt werden. Insbesondere
ist Mehrgewicht durch das Entfallen der inneren Verstrebungsstruktur eingespart.
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Das
innerhalb der Kammer des Hohlprofils angeordnete Strukturelement
kann auf besonders einfache und schnelle Weise räumlich
fixiert und verklemmt werden, indem der äußere
Mantel der Kammer mittels bekannter Umformverfahren verformt wird.
Dazu wird dem äußeren Mantel beispielsweise eine
Sicke eingefügt, nachdem das Strukturelement innerhalb
der Kammer angeordnet wurde.
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Bevorzugter
Weise ist das Strukturelement aus Metall, insbesondere aus Aluminium
und/oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Das Strukturelement
kann beispielsweise als dünnwandige Wabenstruktur gebildet
sein, bei der die Vielzahl von Hohlräumen als eine Vielzahl
von aneinander angrenzenden dünnwandigen Waben ausgebildet
ist, um Gewicht einzusparen. Ein ausreichendes Widerstandsmoment
einer Versteifungsstrebe mit einem so gebildeten Strukturelement
ist durch das Verklemmen und die räumliche Fixierung des
Strukturelements in der Kammer sichergestellt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher
erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 schematisch
eine Schnittdarstellung einer Versteifungsstrebe, die innerhalb
einer Fahrzeugtür angeordnet ist,
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2 schematisch
eine dreidimensionale Darstellung der Versteifungsstrebe mit Anbindungsbereich,
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3 schematisch
eine Draufsicht auf ein als Wabenstruktur ausgebildetes Strukturelement,
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4 schematisch
eine dreidimensionale Darstellung eines als Querträger
eines Fondmoduls ausgebildeten Hohlprofils,
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5 schematisch
eine Schnittdarstellung eines als Längsträger
ausgebildeten Hohlprofils.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen
Versteifungsstrebe 1 für ein Kraftfahrzeug, die
ein durch einen äußeren Mantel 2 begrenztes
Hohlprofil aufweist. Dabei verläuft der in 1 gezeigte
Schnitt senkrecht zu einer in 2 dargestellten
Längsachse A der Versteifungsstrebe 1. Das hier
beispielhaft dargestellte Hohlprofil weist nur eine Kammer 3 auf,
innerhalb der ein Strukturelement 4 angeordnet ist. Die
so gebildete Versteifungsstrebe 1 kann insbesondere in
einer Fahrzeugtür 5 zum Insassenschutz bei einem
Seitenaufprall des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Eine potentielle
kollisionsbedingte Kraft kann insbesondere in einer zur Längsachse
A senkrechten Kraftrichtung F auf das Kraftfahrzeug einwirken.
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Zur
Herstellung einer solchen Versteifungsstrebe 1 wird das
Strukturelement 4 zunächst innerhalb der Kammer 3 der
Hohlraumstruktur angeordnet. Daraufhin wird der äußere
Mantel 2 zur räumlichen Fixierung und/oder Verklemmung
des Strukturelements 4 derart verformt, dass der äußere
Mantel 2 an einer oder mehreren Stellen des Strukturelements 4 anliegt.
Die Verformung kann insbesondere mittels bekannter Umformverfahren,
insbesondere mittels einer Druckumformung erfolgen.
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Einer
bevorzugten Ausbildung der Erfindung zu Folge wird an einer Seitenfläche
des äußeren Mantels 2 eine Vertiefung 2.1,
insbesondere in Form einer Sicke, eingefügt, die sich zumindest über
eine in 2 dargestellte axiale Länge
L in Richtung der Längsachse A erstreckt. Dabei liegt der äußere
Mantel 2 im Bereich der nach innen gewölbten Vertiefung 2.1 an
dem Strukturelement 4 an.
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1 zeigt
eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, bei der zwei
als Sicken ausgebildete Vertiefungen 2.1 dem äußeren
Mantel 2 gegenüberliegend eingefügt sind.
Die so gebildete Form des äußeren Mantels 2 ist
zur Verteilung einer in Kraftrichtung F wirkenden kollisionsbedingten
Kraft besonders vorteilhaft, da diese Kraft mittels des äußeren
Mantels 2 zumindest teilweise in eine zur Kraftrichtung
F senkrechte zweite Kraftrichtung F' umleitbar ist. Die zweite Kraftrichtung
F' ist im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des äußeren
Mantels 2 gerichtet. Dadurch ist ein Ausweichen des Strukturelements 4 innerhalb
des äußeren Mantels 2 im Kollisionsfall
verhindert. Darüber hinaus kann ein mit der kollisionsbedingten
Kraft verbundener Energieeintrag innerhalb der Versteifungsstrebe 1 besonders
effektiv absorbiert werden, da die umgeleitete Kraft in Richtung
der zweiten Kraftrichtung F' im Wesentlichen das Strukturelement 4 komprimiert.
Dadurch ist insbesondere die Verformungssteifigkeit der Versteifungsstrebe 1 erhöht,
da eine wesentliche Verformung der Versteifungsstrebe 1 erst
möglich ist, nachdem das Strukturelement 4 in
sich kollabiert oder eingefallen ist.
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In
einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass
der äußere Mantel 2 einen verdickten
Wandungsbereich 2.2 aufweist, der sich zumindest über
eine axiale Längsausdehnung entlang der Längsachse
A erstreckt. Dabei ist eine Materialdicke D des äußeren
Mantels 2 im verdickten Wandungsbereich 2.2 gegenüber
der durchschnittlichen Materialdicke des äußeren
Mantels 2 erhöht. Der verdickte Wandungsbereich 2.2 dient
als Zugband und Verstärkung der Versteifungsstrebe 1.
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Insbesondere
ist es einer möglichen Ausbildung zufolge denkbar, dass
der äußere Mantel 2 eine größere
axiale Längsausdehnung als das Strukturelement 4 aufweist.
Der äußere Mantel 2 überragt
entlang der Längsachse A eine axiale Länge L des Strukturelements 4.
Ein überragendes Ende des äußeren Mantels 2 ist
in einem Anbindungsbereich B mittels eines Pressverfahrens, insbesondere
einer Strangpressung zusammen pressbar.
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Mittels
dieser zusammen gepressten Enden kann insbesondere die Versteifungsstrebe 1 an
andere Elemente der Fahrzeugkarosserie form-, stoff- und/oder kraftschlüssig
im Anbindungsbereich B angebunden werden. Dabei werden beispielsweise
zumindest zwei übereinander liegende verdickte Wandungsbereiche 2.2 miteinander
verpresst, so dass das verpresste Ende in einem nicht näher
dargestellten Anbindungsbereich durch die verdickten und verpressten
Wandungsbereiche 2.2 verstärkt ist. Dadurch ist
eine stabile Anbindung der Versteifungsstrebe 1 an das
andere Element der Fahrzeugkarosserie sichergestellt. Zur Anbindung
wird beispielsweise dem äußeren Mantel 2 im
Anbindungsbereich B zumindest eine Aussparung 2.4 zur Aufnahme
einer Schraubverbindung eingefügt. Vorteilhafter Weise
ist die Aussparung 2.4 im Bereich der übereinander
liegenden und miteinander verpressten verdickten Wandungsbereiche 2.2 angeordnet
und durch diese verstärkt. Ebenso ist denkbar, dass die
Versteifungsstrebe 1 mittels einer Nietverbindung und/oder
einer Schweißverbindung an ein anderes Element der Fahrzeugkarosserie
angebunden wird.
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Vorteilhafter
Weise verhindert das innerhalb des äußeren Mantels 2 angeordnete
Strukturelement 4 eine ungewollte Verformung und/oder ein
ungewolltes Kollabieren der Versteifungsstrebe 1 während
der Verpressung des überragenden Endes zur Bildung des
Anbindungsbereichs. Dabei ist insbesondere eine Verformung der Versteifungsstrebe 1 über
die axiale Länge L des Strukturelements 4 vermieden,
da das Strukturelement 4 in diesem Bereich den äußeren
Mantel 2 rückseitig unterstützt und damit
eine Gegenkraft zu einer zur Verpressung genutzten Kraft erzeugt.
Insbesondere ist so die kontrollierte und räumlich lokalisierte
partielle Eindrückung der Versteifungsstrebe 1 während
der Verpressung sichergestellt.
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Weiterhin
ist es einer möglichen Ausbildung der Erfindung zufolge
vorgesehen, dass der äußere Mantel 2 eine
Ausbeulung und/oder Aussparung 2.3 aufweist, so dass der äußere
Mantel 2 im Bereich der Ausbeulung und/oder der Aussparung 2.3 vom
Strukturelement 4 räumlich beabstandet ist. Diese
Ausbeulungen und/oder Aussparungen 2.3 können
sich insbesondere über eine axiale Länge L entlang
der Längsachse A erstrecken. Die Ausbeulung und/oder Aussparung 2.3 dient
insbesondere als Entwässerungskanal. So kann beispielsweise
innerhalb des Hohlprofils während des Fahrbetriebs eingedrungenes
Wasser entweichen. Ebenso kann beispielsweise Tauchlack mittels
der Ausbeulung und/oder Aussparung 2.3 entweichen, so dass
eine Tauchlackierung der gesamten Versteifungsstrebe 1 zur
Auftragung eines Korrosionsschutzes ermöglicht ist. Dabei
ist insbesondere die Verwendung eines elektrochemischen Tauchlackierverfahrens,
wie beispielsweise dem kathodischen Tauchlackieren, ermöglicht.
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3 zeigt
schematisch eine mögliche Ausbildung des Strukturelements 4,
das als Wabenstruktur ausgebildet ist. Dabei ist diese Wabenstruktur
aus einer Vielzahl von aneinander angrenzenden röhrenförmigen
Hohlräumen 6, die einen wabenförmigen Querschnitt
oder einen Querschnitt von so genannten honeycombs haben, gebildet.
Insbesondere weist jeder dieser als Waben ausgebildeten Hohlräume 6 eine
hexagonale Symmetrie auf. Ebenso ist es denkbar, dass jeder einzelne
der Hohlräume 6 eine andere diskrete und/oder
kontinuierliche Symmetrie aufweist.
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Einer
bevorzugten Ausbildung der Erfindung zufolge ist eine Symmetrieachse
eines jeweiligen Hohlraums 6 parallel zur Kraftrichtung
F angeordnet. Insbesondere ist es vorteilhaft, die Symmetrieachse höchster
Symmetrie, im Falle der hexagonalen Wabe also die 6-zählige
Symmetrieachse, parallel zur Kraftrichtung F anzuordnen.
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Das
Strukturelement 4 ist vorteilhafter Weise aus Metall, insbesondere
Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung gefertigt.
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Einer
bevorzugten alternativen Ausbildung der Erfindung zufolge ist das
Strukturelement 4 aus porösem Metallschaum und/oder
aufgeschäumten Metall gebildet. Dabei weist das Strukturelement 4 eine
innere Struktur auf, die aus einer Vielzahl von zufällig
angeordneten Hohlräumen 6 gebildet ist. Diese
Hohlräume 6 sind als Blasen und/oder Poren im porösen
Metallschaum und/oder aufgeschäumten Metall gebildet.
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Weiterhin
ist es einer möglichen Ausbildung der Erfindung zufolge
vorgesehen, Strukturelemente 4 innerhalb der Hohlprofile
anzuordnen, die aus mehreren Kammern 3 gebildet sind. Dies
ist beispielhaft in 4 für eine als Querträger
eines Fondmoduls 1' ausgebildete Versteifungsstrebe 1 und
in 5 für eine als Längsträger 1'' ausgebildete
Versteifungsstrebe 1 dargestellt. Ebenso ist es denkbar,
solche Strukturelemente 4 in nicht näher dargestellter
Weise innerhalb des Hohlprofils einer B-Säule des Kraftfahrzeugs
anzuordnen. Dabei wird das Strukturelement 4 in ein bei
der Montage der B-Säule offenes Hohlprofil der B-Säule
eingelegt und mit der B-Säule kraft- und/oder formschlüssig,
beispielsweise mittels bekannter Schraub- und/oder Nietverbindungen
verbunden. Danach wird das offene Hohlprofil mittels eines nicht
näher dargestellten Abdeckelements, das beispielsweise
als Abdeckblech ausgebildet ist, verschlossen und so der äußere
Mantel 2 der Versteifungsstrebe 1 gebildet. Zum
Verschluss des offenen Hohlprofils wird das Abdeckelement mit dem
offenen Hohlprofil kraft-, form- und/oder stoffschlüssig
mittels bekannter Schraub-, Niet und/oder Schweißverbindungen
verbunden. Vorteilhafter Weise ist das Strukturelement 4 bereits
beim Einlegen in das offene Hohlprofil mit dem Abdeckelement kraft-
und/oder formschlüssig, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung
verbunden.
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Die
Strukturelemente 4 können nach einer möglichen
Ausführung der Erfindung auch mittels einer Schraubverbindung,
einer Nietverbindung und/oder einer adhäsiven Verbindung
innerhalb der Kammer 3 befestigt und/oder räumlich
fixiert werden. Insbesondere bei der Herstellungen von Versteifungsstreben 1,
deren äußerer Mantel 2 aus Metall, insbesondere
Stahl, gebildet ist, ist es vorgesehen, den äußeren
Mantel 2 aus mehreren Einzelteilen zu fertigen, die, nachdem
das Strukturelement 4 in ein Einzelteil des Mantels 2 eingelegt
und befestigt wurde, miteinander in eine stoff- und formschlüssige
Verbindung, insbesondere mittels einer Verschweißung, gebracht
werden.
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Einer
Ausbildung der Erfindung zufolge wird das Strukturelement 4 gegenüber
Korrosion insbesondere mittels einer kathodischen Tauchlackierung geschützt.
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In
einem vorgesehenen Verfahrensschritt wird das Strukturelement 4 innerhalb
der Kammer 3 räumlich fixiert und/oder das Strukturelement 4 an dem äußeren
Mantel 2 und/oder dem Einzelteil des äußeren
Mantels 2 befestigt. Dazu wird beispielsweise ein Kunststoffmaterial
im Zwischenbereich zwischen Strukturelement 4 und einer
Wandung 7 des Hohlprofils, insbesondere zwischen Strukturelement 4 und
Einzelteil des Mantels oder äußeren Mantels 2 eingebracht.
Das Kunststoffmaterial schäumt während des Verfahrenschritts,
insbesondere auf Grund eines auf das Kunststoffmaterial einwirkenden
Hitzeeintrags, auf und/oder verbindet sich adhäsiv mit
der lackierten und/oder unlackierten Oberfläche der zu verbindenden
Teile.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007025439
B3 [0003]