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Die Erfindung betrifft ein Hybridbauteil für eine Karosserie eines Kraftwagens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Der
DE 10 2008 058 225 A1 sind Leichtbauteile aus einem Verstärkungsstrukturen aufweisenden Grundkörper aus verzinktem Eisen als bekannt zu entnehmen. Dabei sind die Verstärkungsstrukturen mit dem Grundkörper fest verbunden und bestehen aus angespritztem Thermoplast. Dies bedeutet, dass der metallische Grundkörper mit den aus Thermoplast bestehenden Verstärkungsstrukturen versehen ist. Es hat sich gezeigt, dass derartige Hybridbauteile weiteres Leichtbaupotential aufweisen bei gleichzeitiger Realisierung einer besonders vorteilhaften Energieabsorptionsfähigkeit.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hybridbauteil für eine Karosserie eines Kraftwagens der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Hybridbauteil ein besonders vorteilhaftes Energieabsorptionsvermögen sowie ein nur sehr geringes Gewicht aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Hybridbauteil für eine Karosserie eines Kraftwagens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Ein solches Hybridbauteil für eine Karosserie eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, umfasst ein metallisches erstes Bauteil, welches durch ein zweites Bauteil aus einem Kunststoff zu dem Hybridbauteil ergänzt ist. Mit anderen Worten ist das metallische erste Bauteil mit dem zumindest im Wesentlichen aus dem Kunststoff gebildeten zweiten Bauteil versehen und so zu dem Hybridbauteil ergänzt. Erfindungsgemäß ist durch das metallische erste Bauteil eine Stützstruktur gebildet, welche wenigstens zwei miteinander verbundene und wenigstens eine Durchgangsöffnung begrenzende Strebenelemente aufweist. Die Stützstruktur weist dabei eine höhere Duktilität auf als das zweite Bauteil und ist wenigstens bereichsweise durch das zweite Bauteil auf wenigstens einer Seite verkleidet. Die Stützstruktur bildet somit ein besonders duktiles und bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Hybridbauteils besonders vorteilhaft verformbares Skelett beziehungsweise – vorzugsweise selbsttragendes- Grundgerüst, welches mit einer durch das zweite Bauteil gebildeten und bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unter hohem Energieverzehr versagenden Außenhaut aus dem Kunststoff verkleidet ist. Der Kunststoff ist bevorzugt ein faserverstärkter, insbesondere ein glas- und/oder kohlefaserverstärkter, Kunststoff und weist dadurch einerseits ein besonders hohes spezifisches Energieabsorptionsvermögen auf und versagt andererseits unter insbesondere vollständiger Zerstörung.
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Dieses vorteilhafte Deformationsverhalten des zweiten Bauteils ist bei dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil vorteilhafterweise kombiniert mit dem vorteilhaften Deformationsverhalten des ersten Bauteils beziehungsweise der Stützstruktur, welche besonders effizient Unfallenergie in Verformungsenergie umwandeln und dadurch abbauen kann, jedoch dabei strukturinteger verbleibt. So kann das sehr hohe spezifische Energieabsorptionsvermögen des Kunststoffs, insbesondere des faserverstärkten Kunststoffs, genutzt werden in Folge dessen Zerstörung unter hoher Energieverzehrung bei gleichzeitiger wesentlicher Beibehaltung der Strukturintegrität des Hybridbauteils mittels der Stützstruktur. Das erfindungsgemäße Hybridbauteil schöpft damit das Leichtbaupotential von Kunststoff, insbesondere von faserverstärkten Kunststoff, aus, wodurch ein kosten- und gewichtsintensives Überdimensionieren von Kunststoff-Baugruppen, insbesondere Faserverbundkunststoff-Baugruppen, vermieden werden kann.
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Die Stützstruktur ist bevorzugt aus einem Leichtmetall bzw. aus einer Leichtmetalllegierung wie beispielsweise Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gebildet. Dadurch kann das Gewicht des erfindungsgemäßen Hybridbauteils besonders gering gehalten werden. Gleichzeitig weist die Stützstruktur dadurch eine besonders hohe Duktilität und damit ein sehr hohes Energieabsorptionsvermögen auf, was dem Unfallverhalten des erfindungsgemäßen Hybridbauteils bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zugute kommt.
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Das erfindungsgemäße Hybridbauteil eignet sich somit besonders vorteilhaft dazu, unfallbedingte Lasteinträge und Lastverteilungen in die Karosserie des Kraftwagens und damit in dessen Fahrzeugstruktur zu realisieren. Hierbei deformiert die Stützstruktur, wandelt Aufprallenergie besonders effizient in Verformungsenergie um und verbleibt gleichzeitig zumindest im Wesentlichen strukturinteger, während das hochsteife und bevorzugt aus dem faserverstärkten Kunststoff gebildete zweite Bauteil unter hohem Energieverzehr (Umwandlung von Aufprallenergie in Verformungsenergie) versagt.
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Das erfindungsgemäße Hybridbauteil kann vorteilhafterweise im Bereich einer Stirnwand, insbesondere in einem unteren Bereich der Stirnwand, wie auch in einem Bereich eines Fahrzeugbodens, insbesondere in einem Heckbodenbereich, der Karosserie verwendet werden, um Aufprallenergie besonders vorteilhaft abzubauen und in die Karosserie einzuleiten bzw. zu verteilen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der Figur eine schematische Perspektivansicht eines Hybridbauteils für eine Karosserie eines Personenkraftwagens, an welches sich ein Längsträgerelement anschließt, wobei das Hybridbauteil eine metallische, zumindest im Wesentlichen fachwerkartige Stützstruktur aufweist, die auf einer Seite mittels eines Faserverbundkunststoffes verkleidet ist und eine höhere Duktilität aufweist als der Faserverbundkunststoff.
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Die einzige Figur zeigt ein Hybridbauteil 10 für eine Karosserie eines Personenkraftwagens. Das Hybridbauteil 10 umfasst ein metallisches erstes Bauteil 12 sowie ein zweites Bauteil 14. Das zweite Bauteil 14 ist dabei aus einem faserverstärkten Kunststoff, das heißt aus einem Faserverbundkunststoff, gebildet. Bei dem faserverstärkten Kunststoff handelt es sich beispielsweise um einen kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK). Das metallische erste Bauteil 12 ist dabei durch das zweite Bauteil 14 aus dem faserverstärkten Kunststoff zu dem Hybridbauteil 10 ergänzt. Dabei sind die Bauteile 12, 14 beispielsweise stoff- und/oder kraft- und/oder formschlüssig fest miteinander verbunden.
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Wie anhand der Figur zu erkennen ist, ist durch das metallische erste Bauteil 12 eine zumindest im Wesentlichen fachwerkartige bzw. fachwerkförmige Stützstruktur 16 gebildet. Die Stützstruktur 16 weist dabei eine Mehrzahl von Streben 18 auf, die miteinander verbunden sind, fachwerkartig zueinander verlaufen und jeweils durch die mehreren Durchgangsöffnungen 20 begrenzt sind. Dadurch weist die Stützstruktur 16 eine hohe Steifigkeit sowie ein besonders geringes Gewicht auf, was das Gewicht des gesamten Hybridbauteils 10 besonders gering hält. Durch die fachwerkartige bzw. fachwerkförmige Ausgestaltung der Stützstruktur 16 kann dabei die Steifigkeit dieser bedarfsgerecht eingestellt werden.
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Das erste Bauteil 12 und damit die Stützstruktur 16 weisen eine höhere Duktilität auf als das zweite Bauteil 14 aus dem faserverstärkten Kunststoff. Dazu sind das erste Bauteil 12 und damit die Stützstruktur 16 beispielsweise zumindest im Wesentlichen aus Aluminium gebildet. Auch dies hält das Gewicht des Hybridbauteils 10 besonders gering.
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Wie aus der Figur ersichtlich ist, stellt die Stützstruktur 16 ein Skelett dar, welches mittels des zweiten Bauteils 14 auf einer Seite 22 verkleidet ist. Die Stützstruktur 16 ist zumindest im Wesentlichen schalenförmig ausgebildet und begrenzt einen Innenraum 24, so dass es sich bei der Seite 22 um eine dem Innenraum 24 abgewandte Außenseite der Stützstruktur 16 handelt. Mittels des als Außenhaut für die Stützstruktur 16 fungierenden zweiten Bauteils 14 sind die Durchgangsöffnungen 20 der Stützstruktur 16 vollständig überdeckt.
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Zur Darstellung der Schalenform ist die Stützstruktur 16 vorliegend zumindest im Wesentlichen als Pyramidenstumpf ausgebildet. Das zweite Bauteil 14 korrespondiert dabei zumindest im Wesentlichen zu der Ausgestaltung der Stützstruktur 16. Somit ist auch das zweite Bauteil 14 zumindest im Wesentlichen schalenförmig und vorliegend zumindest im Wesentlichen als Pyramidenstumpf ausgebildet. Dazu anderweitige Ausgestaltungen zur Darstellung der Schalenförmigkeit sind ohne weiteres möglich. So können die Stützstruktur 16 und das zweite Bauteil 14 beispielsweise auch in Form eines Kegelstumpfs, zumindest im Wesentlichen wannenförmig, zumindest im Wesentlichen haubenförmig oder auf anderweitige Weise ausgebildet sein.
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An einer zumindest im Wesentlichen ebenen Stirnseite 26 des Hybridbauteils 10 ist ein Längsträgerelement 28 abgestützt. Das Längsträgerelement 28 ist beispielsweise an der Stirnseite 26 und somit über diese an dem Hybridbauteil 10 angebunden und erstreckt sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung.
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Kommt es nun zu einem Aufprall des Personenkraftwagens auf eine Barriere, woraus eine zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende unfallbedingte Kraftbeaufschlagung der Karosserie des Personenkraftwagens resultiert, so kann über das Längsträgerelement 28 die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung in das Hybridbauteil 10 und über dieses in die Karosserie eingeleitet und in der Karosserie verteilt werden. Eine solche unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ist in der Figur durch einen Kraftpfeil F angedeutet. Diese unfallbedingte Kraftbeaufschlagung erfolgt dabei zumindest im Wesentlichen in Längserstreckungsrichtung des Längsträgerelements 28.
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Das Hybridbauteil 10 kann nun bei dieser unfallbedingten Kraftbeaufschlagung nachgeben und Aufprallenergie besonders effizient in Verformungsenergie umwandeln. Dabei wird beispielsweise das aus dem faserverstärkten Kunststoff gebildete, hochsteife zweite Bauteil 14 unter hoher Energieverzehrung zerstört. Ebenso wird dabei die duktile Stützstruktur 16 unter Energieverzehrung verformt, jedoch bleibt die strukturelle Integrität der Stützstruktur 16 und damit des Hybridbauteils 10 insgesamt erhalten. Dadurch sind die vorteilhaften Deformationsverhalten und die sehr hohen Energieabsorptionsvermögen des metallischen ersten Bauteils 12 (der Stützstruktur 16) und des hochsteifen zweiten Bauteils 14 aus dem faserverstärkten Kunststoff bei dem sehr leichten Hybridbauteil 10 kombiniert, so dass das Hybridbauteil 10 ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten aufweist. Dies kommt dem Schutz und der Sicherheit von Insassen des Personenkraftwagens zugute.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008058225 A1 [0002]
