DE102010037459A1

DE102010037459A1 - Träger zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102010037459A1
Application number: DE102010037459A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Jörg Nalbach
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2012-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Träger (10) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei, ein hohles, geschlossenes Trägerprofil bildenden Bauteilen (1, 2), wobei ein erstes Bauteil (1) ein schalenförmiges Profil aufweist und ein zweites Bauteil (2) einen Anteil (3) mit schalenförmigen Profil aufweist, wobei die beiden Bauteile (1, 2) in deren schalenförmigen Bereichen aneinanderliegen und miteinander verbunden sind.
Bei einem solchen Träger ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zweite Bauteil (2) einen rippenförmigen Anteil (4) aufweist und sich dieser im Bereich einer Innenwandung (1d) des ersten Bauteils (1) an diesem abstützt.
Ein solcher Träger weist eine besonders hohe Biegesteifigkeit, Biegefestigkeit und Leichtbaupotenzial auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Träger zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei, ein hohles, geschlossenes Trägerprofil bildenden Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil ein schalenförmiges Profil aufweist und zweites Bauteil einen Anteil mit schalenförmigem Profil aufweist, wobei die beiden Bauteile in deren schalenförmigen Bereichen aneinanderliegen und miteinander verbunden sind.
Bei Fahrzeugen finden vorrangig auf Biegung belastete Träger Verwendung, die insbesondere als Hohlträger ausgebildet sind. Es handelt sich hierbei beispielsweise um eine A-, B-, C-Säule, einen Stoßfängerquerträger, einen Stirnwandquerträger, einen Dachquerträger, einen Schweller, einen Seitenaufprallschutz, einen Überrollbügel und dergleichen.
Werden solche Träger auf Biegung belastet, ergibt sich eine Zugseite des Trägers, die bei einer A-Säule eines Cabrios die fahrzeugäußere bzw. obere Seite des Trägers ist, sowie eine Druckseite, die bei der A-Säule des Cabrios die fahrzeuginnere bzw. eine untere Seite des Trägers ist. Zwischen der Zug- und der Druckseite liegt eine neutrale Phase.
Zum Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungen von Trägern zur Verwendung bei Fahrzeugen bekannt. Sie weisen auf der Zug- und Druckseite angeordnete, unterschiedlich gestaltete Zug- und Druckprofile auf. Es ist auch bekannt, zwischen einem Zug- und einem Druckprofil ein Verstärkungselement zur Querschnittstabilisierung des Trägers anzuordnen.
Zum Abbau einer bestimmten Energiemenge bzw. aufgrund bestimmter gesetzlicher Vorschriften muss ein Biegeträger eine bestimmte Deformation erreichen und dabei ein möglichst hohes Lastniveau erreichen. Dabei bleibt die neutrale Phase in der Länge unverändert, während sich die Zugseite dehnt und die Druckseite gestaucht wird.
Ein Träger der eingangs genannten Art ist aus der US 2010/0133877 A1 bekannt. Bei diesem ist das erste Bauteil durch ein schalenförmiges Profil gebildet und es weist das zweite Bauteil gleichfalls ein schalenförmiges Profil auf. Das zweite Bauteil ist durch zwei jeweils schalenförmig ausgebildete Anteile gebildet, die im Wesentlichen aneinanderliegen und aus unterschiedlichem Material bestehen. Die innere Schale ist hierbei biegesteifer ausgebildet als die äußere Schale. Auf der Druckseite ist der Träger steifer gestaltet und weist eine größere Wandstärke auf als auf dessen Zugseite.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Träger der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass dieser eine besonders hohe Biegesteifigkeit und Biegefestigkeit aufweist, sowie ein Leichtbaupotenzial aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass das zweite Bauteil einen rippenförmigen Anteil aufweist und sich dieser im Bereich einer Innenwandung des ersten Bauteils an diesem abstützt.
Die erfindungsgemäße Gestaltung des Trägers ermöglicht es, den aus den mehreren Bauteilen gebildeten Träger besonders steif, widerstandsfähig im Crashfall und leicht auszubilden, da die beiden Bauteile nicht nur in deren schalenförmigen Bereichen aneinanderliegen und dort miteinander verbunden sind, sondern mittels des rippenförmigen Anteils des zweiten Bauteils auch eine formschlüssige Verbindung der beiden Bauteile in Querrichtung des Trägers erfolgt. Es greift der rippenförmige Anteil des zweiten Bauteils in den Innenquerschnitt des ersten Bauteils ein und stützt sich im Bereich einer Innenwandung des ersten Bauteils an diesem ersten Bauteil ab. Demzufolge ragt die Rippenstruktur des zweiten Bauteils deutlich über das schalenförmige Profil des zweiten Bauteils hinaus und ragt in den Bereich des Innenquerschnitts des ersten Bauteils.
Die Bauweise ermöglicht es insbesondere, den rippenförmigen Anteil des zweiten Bauteils, somit die Rippenstruktur, mit dem ersten Bauteil, insbesondere einem Flankenbereich des ersten Bauteils zu verbinden. Die bevorzugte Verbindung erfolgt mittels Kleben. Dies insbesondere über die gesamte Länge des rippenförmigen Anteils.
Der rippenförmige Anteil weist vorzugsweise mindestens eine längs des Trägers verlaufende Rippe auf. Insbesondere sind zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete Rippen vorgesehen, die mit unterschiedlichen Flanken des ersten Bauteils zusammenwirken, demnach sich in unterschiedlichen Bereichen der Innenwandung des ersten Bauteils an diesem abstützen. Gemäß einer bevorzugten, baulich besonders einfach gestalteten Variante des Trägers ist vorgesehen, dass das erste Bauteil durch ein schalenförmig gebogenes Blech gebildet ist. Aufgrund der Gestaltung dieses ersten Bauteils ist es somit nur erforderlich, ein Blech definierter Wandstärke, insbesondere ein relativ dünnwandiges Blech schalenförmig zu biegen. Das erste Bauteil besteht vorzugsweise aus Stahl, kann aber durchaus auch aus Aluminium oder einem Faser-Verbund-Werkstoff bestehen.
Der schalenförmige Anteil des zweiten Bauteils besteht vorzugsweise aus Stahl, Aluminium oder einem Faser-Verbund-Werkstoff. Für den rippenförmigen Anteil des zweiten Bauteils wird als bevorzugter Werkstoff Aluminium, Magnesium oder Kunststoff angesehen.
Der schalenförmige Anteil und der rippenförmige Anteil des zweiten Bauteils können durchaus ein Hybridbauteil bilden. Andererseits kann der schalenförmige Anteil und der rippenförmige Anteil des zweiten Bauteils aus demselben Werkstoff bestehen und in einem Bauteil realisiert sein. Bei diesem Bauteil kann es sich durchaus um ein Guss-Bauteil handeln.
Eine baulich besonders einfach Gestaltung, sowohl von erstem als auch von zweitem Bauteil ergibt sich, wenn das erste und das zweite Bauteil jeweils zwei Flansche und einen Boden sowie den Boden mit den Flanschen verbindende Seitenwände aufweisen, wobei die beiden Bauteile im Bereich der Flansche miteinander verbunden sind. Weisen die Bauteile Flansche auf, erfolgt die Verbindung der beiden Bauteile vorzugsweise im Bereich der Flansche mittels Kleben.
Für den Fall, dass der rippenförmige Anteil zwei Rippen aufweist, sind diese beiden Rippen vorzugsweise in Längsrichtung des Trägers im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und stützen sich im Bereich der einander abgewandten Seiten an der Innenwandung des ersten Bauteils ab.
Insbesondere weisen die beiden Rippen auf deren einander abgewandten Seiten geringfügig konisch zulaufende Außenflächen auf, und es ist das erste Bauteil gleichfalls mit entsprechend geringfügig konisch zusammenlaufenden Seitenwänden versehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Träger wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die jeweilige Rippe unmittelbar an der Innenwandung anliegt oder mit der Innenwandung verklebt ist, insbesondere über die gesamte Länge der Rippe anliegt und/oder verklebt ist. Beim Verkleben kann der Abstand der Rippe zum ersten Bauteil durchaus bis zu 5 mm betragen, zur Aufnahme eines Strukturschaumklebers zwischen dem rippenförmigen Anteil und dem ersten Bauteil.
Die Erfindung schlägt gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vor, dass der Träger aus einem Metallblech und einem Hybridbauteil aus einem Metallblech und einem weiteren Werkstoff, beispielsweise Kunststoff, Leichtmetall aufgebaut ist. Die Rippenstruktur des Hybridbauteils ist hierbei so angeordnet, dass sie sich auf dem Metallblech, das heißt der Innenschale, abstützt. Um einen geschlossenen Querschnitt mit höchster Strukturleistung zu erzielen, ragt die Rippenstruktur des Hybridbauteils deutlich über das Blech des Hybridbauteils hinaus und füllt einen großen Teil der Querschnittsfläche des Trägers. Durch diese Bauweise ist es möglich, die Rippenstruktur des Hybridbauteils mit dem anderen Metallblech (Innenschale) flächig zu verkleben. Es ergibt sich ein hohles, geschlossenes Trägerprofil mit versteifender Rippenstruktur, wobei die Rippe bzw. Rippen des einen Bauteils fest mit dem anderen Bauteil verbunden sind und in dessen Querschnitt ragen.
In der nachfolgenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Trägers veranschaulicht, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Es zeigt:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Trägers, vor dem Verbinden der beiden Bauteile des Trägers,
2 den in 1 gezeigten Träger, nach dem Verbinden der beiden Bauteile,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel des Trägers, vor dem Verbinden der beiden Bauteile des Trägers, und
4 den in 3 gezeigten Träger, nach dem Verbinden der beiden Bauteile.
Figurenbeschreibung
Die in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele veranschaulichen jeweils den Träger 10 in einer räumlichen Darstellung, im Wesentlichen in dessen Längsrichtung gesehen, wobei der Träger 10 nur über eine kurze Teillänge dargestellt ist. Der jeweilige Träger 10 weist ein hohles, geschlossenes Trägerprofil auf. Das Trägerprofil ist durch zwei Bauteile 1 und 2, nämlich ein erstes Bauteil 1 und ein zweites, als Hybridbauteil ausgebildetes Bauteil 2 gebildet. Bei dem Träger 10 handelt es sich insbesondere um die A-Säule eines Kraftfahrzeuges. Mit der Bezugsziffer 11 ist die Zugseite und mit der Bezugsziffer 12 die Druckseite des Trägers 10 bezeichnet. Die Zugseite 11 ist im Ausführungsbeispiel die fahrzeugäußere bzw. obere Seite des Trägers 10 und die Druckseite 12 die fahrzeuginnere bzw. untere Seite des Trägers 10.
Bei dem in den 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel besteht das erste Bauteil 1 aus einem flächigen, schalenförmigen Blech, beispielsweise aus Stahl, Aluminium oder Faser-Verbund-Werkstoff. Das Bauteil 1 ist als symmetrische Schale mit zwei Flanschen 1a, Boden 1b und dem jeweiligen Flansch 1a mit dem Boden 1b verbindendem Schenkel 1c ausgebildet. Hierbei sind die Flansche 1a parallel zum Boden 1b angeordnet und der jeweilige Schenkel 1c unter einem stumpfen Winkel zum zugeordneten Flansch 1a und stumpfen Winkel zum Boden 1b positioniert. Der Querschnitt des Bauteils 1 ist beispielsweise über dessen Länge gleichbleibend.
Das zweite Bauteil 2 besteht aus einem flächigen, schalenförmigen Anteil 3 und einem rippenförmigen Anteil 4. Der schalenförmige Anteil 3 besteht beispielsweise aus Stahl, Aluminium oder Faser-Verbund-Werkstoff. Der schalenförmige Anteil 3 ist entsprechend dem ersten Bauteil 1 ausgebildet, er weist somit zwei Flansche 3a, einen Boden 3b sowie den Boden 3b und die Flansche 3a verbindende Schenkel 3c auf. Der Querschnitt des Anteils 3 ist über dessen Länge gleichbleibend. Der rippenförmige Anteil 4 des Bauteils 2 besteht beispielsweise aus Aluminium, Magnesium oder Kunststoff. Das Bauteil 2 ist dadurch entweder das vorstehend genannte Hybridbauteil, beispielsweise aus Stahlblech mit einer verklebten oder formschlüssig angespritzten Kunststoffverrippung, oder es besteht aus einem Werkstoff, der den schalenförmigen Anteil 3 und den rippenförmigen Anteil 4 in einem Bauteil realisiert, beispielsweise als Guss-Bauteil. Der rippenförmige Anteil 4 weist einen Boden 4a, zwei mit diesem verbundene Schenkel 4b und zwei mit den Schenkeln 4b im Bereich deren dem Boden 4a abgewandten Enden verbundene Rippen 4c auf. Dabei sind bei Ausbildung als Hybridbauteil der schalenförmige Anteil 3 und der rippenförmige Anteil 4 zusammengefügt, und es liegen der Boden 4a am Boden 3b und die Schenkel 4b an den Schenkeln 3c an und es ragen die Rippen 4c über die Flansche 3a hinaus. Die Rippen 4c verjüngen sich konisch zu ihrem dem Boden 4a abgewandten Ende, wobei die Außenflächen 4d der Rippen 4c konisch zulaufend angeordnet sind. Die Rippen 4c erstrecken sich über die gesamte Länge des Trägers 10. Die Rippen 4c stehen etwa so weit über die Schenkel 3c hinaus, wie der Abstand der Flansche 3a vom Boden 3b beträgt.
Zusätzlich ist der rippenförmige Anteil 4 mit einer sich in Längsrichtung des rippenförmigen Anteils 3 verlaufenden Längsrippe 4e versehen, die mit dem Boden 4a verbunden ist und sich senkrecht zu diesen erstreckt, symmetrisch zu den beiden Schenkeln 4b. Ferner ist der rippenförmige Anteil 4 mit mehreren Querrippen 4f versehen, von denen nur eine gezeigt ist. Die jeweilige Querrippe 4f ist senkrecht zur Längsrippe 4e angeordnet und verbindet die Längsrippe 4e mit den Rippen 4c. Die Querrippen 4f sind in Abstand zueinander und parallel zueinander angeordnet. Die Querrippen 4f stehen im Bereich deren den Rippen 4c zugewandten Enden über die Längsrippen 4e hinaus. Durch die Längsrippe 4e und die Querrippen 4f ist somit ein stabiler Verbund des rippenförmigen Anteils 4 gebildet.
Der Querschnitt des rippenförmigen Anteils 4, ausgenommen die Querrippen 4f, ist über dessen Länge gleichbleibend.
In der in 1 veranschaulichten Position ist der schalenförmige Anteil 3 und der rippenförmige Anteil 4, im Bereich deren einander zugewandten Flächen, miteinander verbunden, insbesondere mittels Kleben.
Ausgehend von der Anordnung gemäß 1 erfolgt das Fügen der beiden Bauteile 1 und 2. Dieser gefügte Zustand ist in 2 gezeigt. Veranschaulicht ist, dass das Bauteil 2 mit seinen beiden Rippen 4c in den lichten Querschnitt des Bauteils 1 eingesteckt ist. Die jeweiligen Flansche 1a und 3a liegen aneinander und es sind dort die Bauteile 1 und 2 miteinander verklebt. Ferner kontaktieren die beiden Rippen 4c des Bauteils die Schenkel 1c des Bauteils 1 im Bereich deren Innenwandung 1d. Die konisch zulaufenden Außenflächen 4d liegen flächig an der Innenwandung 1d der konisch zueinander positionierten Schenkel 1c des Bauteils 1 an.
Insbesondere sind die Rippen 4c mittels der Außenflächen 4d mit dem Bauteil 1 auf den Flächen 1d verklebt. Je nach benötigtem Kleberauftrag ergibt sich ein geringerer oder größerer Abstand von jeweiliger Rippe 4c und zugeordnetem Schenkel 1c. Bei nur dünnem Kleberauftrag ergibt sich die Situation gemäß 2, somit ein Abstand von nahezu 0 mm, während bei Verwendung eines Klebers, der eine größere Dicke benötigt, beispielsweise eines Strukturschaumklebers mit einer geforderten Klebedicke von beispielsweise 5 mm, ein entsprechend größerer Abstand zwischen Rippe 4c und Schenkel 1c vorzusehen ist.
Die Ausführungsform gemäß der 3 und 4 unterscheidet sich von derjenigen nach den 1 und 2 nur dadurch, dass bei dieser zweiten Ausführungsform nur eine Rippe 4c vorgesehen ist, und somit nur in diesem Bereich die Verklebung des Bauteils 2 mit dem Schenkel 1c des Bauteils 1 erfolgt. Mit Elementen des ersten Ausführungsbeispiels übereinstimmende Elemente des zweiten Ausführungsbeispiels sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Wird bei dem erfindungsgemäßen Träger 10 als Material ein Faser-Verbund-Werkstoff verwendet, handelt es sich vorzugsweise um einen faserverstärkten, thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus langfaserverstärktem Thermoplast LFT für die Rippen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen langglasverstärkten Polyamid oder Polypropylen. Gleichzeitig sind die Bauteile 1 und 3 aus Stahl, Aluminium oder Faser-Verbund-Werkstoff. Dabei wird insbesondere als Faser-Verbund-Werkstoff ein textilverstärktes Thermoplast (Organoblech) bevorzugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0133877 A1 [0006]

Claims

Träger (10) zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei, ein hohles, geschlossenes Trägerprofil bildenden Bauteilen (1, 2), wobei ein erstes Bauteil (1) ein schalenförmiges Profil aufweist und ein zweites Bauteil (2) einen Anteil (3) mit schalenförmigen Profil aufweist, wobei die beiden Bauteile (1, 2) in deren schalenförmigen Bereichen aneinanderliegen und miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (2) einen rippenförmigen Anteil (4) aufweist und sich dieser im Bereich einer Innenwandung (1d) des ersten Bauteils (1) an diesem abstützt.
Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rippenförmige Anteil (4) mindestens eine längs des Trägers (10) verlaufende Rippe (4c), insbesondere zwei Rippen (4c, 4c) aufweist.
Träger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) durch ein schalenförmig gebogenes Blech gebildet ist.
Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil aus Stahl, Aluminium oder einem Faser-Verbund-Werkstoff besteht.
Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der schalenförmige Anteil (3) des zweiten Bauteils (2) aus Stahl, Aluminium oder einem Faser-Verbund-Werkstoff besteht.
Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der rippenförmige Anteil (4) des zweiten Bauteils (2) aus Aluminium, Magnesium oder Kunststoff besteht.
Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der schalenförmige Anteil (3) und der rippenförmige Anteil (4) des zweiten Bauteils (2) zwei unabhängig voneinander hergestellte Teile sind, die nach der Herstellung mittels Fügetechnik, z. B. mittels Kleben, miteinander verbunden werden.
Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der schalenförmige Anteil (3) und der rippenförmige Anteil (4) des zweiten Bauteils (2) ein Hybridbauteil bilden.
Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der schalenförmige Anteil (3) und der rippenförmige Anteil (4) des zweiten Bauteils (2) aus demselben Werkstoff bestehen und in einem Bauteil realisiert sind, insbesondere ein Guss-Bauteil sind.
Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (1) und das zweite Bauteil (2) jeweils zwei Flansche (1a, 1a; 3a, 3a) und einen Boden (1b; 3b) sowie den Boden (1b; 3b) mit den Flanschen (1a, 1a; 3a, 3a) verbindende Schenkel (1c, 1c; 3c, 3c) aufweisen, wobei die beiden Bauteile (1, 2) im Bereich der Flansche (1a, 1a; 3a, 3a) miteinander verbunden sind.
Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (1, 2) miteinander verklebt, insbesondere im Bereich der Flansche (1a, 1a; 3a, 3a) miteinander verklebt sind.
Träger nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rippen (4c, 4c) in Längsrichtung des Trägers (10) im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und sich im Bereich deren einander abgewandten Seite (4d) an der Innenwandung (1d) des ersten Bauteils (1) abstützen.
Träger nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Rippe (4c) mit ihrer Außenfläche (4d) unmittelbar an der Innenwandung (1d) anliegt oder mit der Innenwandung (1d) verklebt ist, insbesondere über einen großen Anteil der Rippe (4c) verklebt ist.
Träger nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Rippen (4c, 4c) eine oder mehrere weitere Längsrippe(n) (4e) und/oder mehrere die Rippen (4c, 4c) verbindende Querrippen (4f) angeordnet sind.
Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine A-Säule eines Kraftfahrzeuges bildet.