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Die Erfindung betrifft Anordnung eines Hilfsträgers an einem Bodenelement eines Fahrzeugbodens für einen Personenkraftwagen gemäß Patentanspruch 1.
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Die
DE 44 09 466 A1 offenbar eine Fahrzeugkarosserie, bei der die Rohkarosserie und/oder einzelne Baugruppen der Fahrzeugkarosserie aus einem Verbundwerkstoff gebildet ist. Die Fahrzeugkarosserie ist in einer selbsttragenden, doppelschaligen Bauweise ausgeführt, bei der die außen liegenden Formteil, die die Außenflächen der Rohkarosserie beziehungsweise des Fahrzeugs bilden, Formteile aus dem Verbundwerkstoff sind.
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Der
DE 101 40 674 A1 ist eine Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, als bekannt zu entnehmen. Das Kraftfahrzeug weist einen im Fahrzeugendbereich angeordneten Aufnahmeraum auf, der als Wanne ausgebildet ist. Die Wanne ist wenigstens teilweise aus einem Kunststoff hergestellt. Der Kunststoff ist ein faserverstärkter Kunststoff. Die Wanne ist dabei derart gestaltet, das sie als Aufprall-Deformationselement wirkt.
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Aus der
DE 10 2008 003 645 A1 ist eine vorderer Boden eines Karosserieunterbaus bekannt, welcher aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist und eine von seiner Unterseite abragende, länglich Verstärkung zu Aufnahme durch eine Vorderrahmen aufweist. Die Verstärkung stützt sich dabei auf der einem montierbaren Vorderrahmen abgewandten Seite an einem Sitzquerträger ab.
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Die
DE 102 48 661 B4 offenbart ein Baugruppe einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs mit einem Steckrahmen aus zusammengesteckten Hohlprofilrohren und Querträgern und mindestens einem Flächenbauteil aus faserverstärktem Kunststoff, wobei das Flächenbauteil vollständig durch den Steckrahmen umgeben und mit diesem über eine Klebeverbindung verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, das der Steckrahmen äußere Hohlprofilrohre und innere Hohlprofilrohre, die zumindest teilweise von den äußeren Hohlprofilrohren umschlossen sind, sowie Querträger umfasst. Der Kraftschluss der Verbindung zwischen Steckrahmen und Flächenbauteil erfolgt durch die Klebeverbindung.
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Es hat sich gezeigt, dass es bei der festen und für das Unfallverhalten vorteilhaften Verbindung eines Trägerelements mit einem Bauelement, welches aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist, zu Problemen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit der Verbindung sowie zu einem vorteilhaften Unfallverhalten der Verbindung kommen kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung eines Hilfsträgers an einem Bodenelement eines Fahrzeugbodens für einen Personenkraftwagen bereitzustellen, welche eine besonders feste Verbindung des Bodenelements mit dem Hilfsträger sowie ein sehr gutes Unfallverhalten aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung eines Hilfsträgers an einem Bodenelement mit den Merkmalen das Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßiges und nicht-trivialen Weitebildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegebenen.
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Bei einer solchen Anordnung eines Hilfsträgers, insbesondere eines Integralträgers, an einem Bodenelement eins Fahrzeugbodens für einen Personenkraftwagen weist das Bodenelement ein Struktur mit zwei Deckschichten und wenigstens einem metallischen Plattenelement auf. Die Deckschichten sind dabei zumindest im Wesentlichen aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet. Das metallische Plattenelement ist wenigstens bereichsweise zwischen den Deckschichten angeordnet. Der Hilfsträger ist dabei an dem Plattenelement angebunden.
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Durch die Anbindung des Hilfsträgers an dem zwischen den Deckschichten angeordneten, metallischen Plattenelement ist eine korrosionsgerechte Anbindung des insbesondere metallischen Hilfsträgers an das Bodenelement geschafften. Mit anderen Worten ist die Korrosionsgefahr der Verbindung zwischen dem Hilfsträger und dem Bodenelement zumindest sehr gering oder vermieden, so dass eine fest Verbindung des Hilfsträgers mit dem Bodenelement auch über eine hohe Lebensdauer hinweg gewährleistest ist. Die erfindungsgemäße Anordnung des Hilfsträgers an dem Bodenelement birgt ferner den Vorteil einer sehr hohen Dichtheit, so dass ein Eindringen von Feuchtigkeit in einen Innenraum, insbesondere den Fahrgastraum, des Personenkraftwagens vermieden ist.
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Das Plattenelement hat zum einen die Funktion, die Anbindung des Hilfsträgers an dem Bodenelement zu gewährleisten. Dem Plattenelement kommt ferner die Funktion zu, Kräfte, die bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Personenkraftwagens über den Hilfsträger in das Plattenelement eingeleitet, auf vorteilhaften Kraftpfaden aufzunehmen und zumindest im Wesentlichen flächig in die aus dem faserverstärkten Kunststoff gebildeten Deckschichten ab- beziehungsweise einzuleiten. Durch die flächige Krafteinleitung in die Deckschichten über das Plattenelement kann die Gefahr von unerwünschten Versagensmechanismen des faserverstärkten Kunststoffs vermeiden oder zumindest gering halten, so dass die erfindungsgemäße Anordnung ein sehr vorteilhaftes Unfallverhalten aufweist. Dies kommt der Sicherheit von Insassen des Fahrgastraums des Personenkraftwagens zugute.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist somit eine Funktionsintegration geschaffen, bei der das Plattenelement sowohl die Anbindungsfunktion des Hilfsträgers als auch die Krafteinleitungsfunktion wahrnimmt. Durch diese Funktionsintegration kann die Teilanzahl und damit der Bauraumbedarf, des Gewicht und die Kosten der erfindungsgemäßen Anordnung besonders gering gehalten werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Hilfsträger mit dem Plattenelement verschraubt. Dabei durchdringen Schrauben jeweilige Durchtrittsöffnungen wenigstens einer der Deckschichten und sind vorzugsweise über die Durchtrittsöffnungen mit dem Plattenelement verschraubt. Einerseits ist dadurch ein besonders feste Anbindung, beziehungsweise Verbindung des Hilfsträgers mit dem Bodenelement geschaffen. Andererseits kann dadurch der Hilfsträger besonders zeit- und damit kostengünstig mit dem Bodenelement verbunden werden. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht dabei auch einen besonders zeit- und kostengünstigen Toleranzausgleich, beispielsweise bei einem Versatz wenigstens einer der Durchgangsöffnungen zu einer damit korrespondierenden Gewindeöffnung für die Schraube. Ein weiterer Vorteil dieser Verbindungsart ist, das dadurch eine Zugänglichkeit von lediglich einer Seite des Bodenelements her geschaffen und ausreichend ist, um die Verschraubung des Hilfsträgers mit dem Bodenelement beziehungsweise mit dem Plattenelement herzustellen. Dadurch weist die erfindungsgemäße Anordnung eine sehr geringe Montagezeit auf und ist in nur kurzer Zeit herzustellen.
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Die Form und/oder die Dimensionen, insbesondere die Wandstärke, des Plattenelements können dabei je nach Anforderung bedarfsgerecht ausgestaltet werden, um eine besonders flächige Krafteinleitung in die Deckschichten zu realisieren und um das Gewicht der Anordnung gering zu halten.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Plattenelement wenigstes eine von wenigstens einer der Deckschichten durchsetzten Durchgangsöffnung auf, über welche die Deckschichten miteinander verbunden sind. Vorzugsweise weist das Plattenelement eine Mehrzahl solcher Durchgangsöffnungen auf. Das Plattenelement ist somit besonders fest mit den Deckschichten verbunden, was für das Unfallverhalten vorteilhaft ist. Ferner stellt die wenigstens eine Durchgangsöffnung eine Materialaussparung dar, worauf ein sehr geringes Gewicht des Plattenelements resultiert. Die Deckschichten sind vorzugsweise über die Durchgangsöffnung und insbesondere über ihren jeweiligen Kunststoff stoffschlüssig miteinander verbunden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist das Plattenelement zumindest im Wesentlichen aus einem Stahl, insbesondere einem Edelstahl, gebildet. Das Plattenelement ist beispielsweise aus einem nicht rostenden Chrom-Nickel-Stahl gebildet und weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf, was der festen Verbindung des Hilfsträgers mit dem Bodenelement zuträglich ist.
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Das Plattenelement kann auch zumindest im Wesentlichen aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Titan gebildet sein. Somit weist das Plattenelement besonders vorteilhafte mechanische Eigenschaften und insbesondere ein sehr geringes Gewicht auf.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Plattenelement zumindest bereichsweise in die Deckschichten einlaminiert. Dadurch ist das Plattenelementen besonders fest mit den Deckschichten verbunden. Dies kommt der vorteilhaften und insbesondere flächigen Krafteinleitung von dem Plattenelement in die Deckschichten zugute.
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Die erfindungsgemäße Anordnung stellt ein korrosionsgerechtes Anbindungskonzept des Hilfsträgers an das Bodenelement dar, welches ferner eine vorteilhafte Krafteinleitung von dem Hilfsträger über das Plattenelement in die aus dem faserverstärkten Kunststoff gebildeten Deckschichten aufweist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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:
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1 eine schematische und geschnittene Unteransicht einer Anordnung eines Hilfsträgers an einem Bodenelement eines Fahrzeugbodens für einen Personenkraftwagen, bei welcher ein metallisches Plattenelement zwischen zwei aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildeten Deckschichten des Bodenelements aufgenommen ist, wobei der Hilfsträger an dem Plattenelement angebunden ist;
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2 ausschnittsweise eine schematische Längsschnittansicht entlang der in der 1 gezeigten Schnittlinie A-A des Bodenelements der Anordnung gemäß 1;
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3 eine schematische und geschnittene Unteransicht einer weiteren Ausführungsform der Anordnung gemäß den 1 und 2;
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4 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Unteransicht einer Anbindung des Bodenelements gemäß den 1 bis 3 an einen Hauptboden des Personenkraftwagens;
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5 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Draufsicht der Anbindung gemäß 4;
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6 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines in der 5 gekennzeichneten Bereichs B.
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Die 1 zeigt eine Anordnung 10 eines Hilfsträgers 12 an einem Bodenelement 14 eines Fahrzeugbodens 16 (4) für einen Personenkraftwagen. Der Hilfsträger 12 wird auch als Integralträger bezeichnet und dient insbesondere dazu, eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des Personenkraftwagens zu haltern. Bei der Antriebseinrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Verbrennungskraftmaschine oder um wenigstens einen Elektromotor. Der Hilfsträger 12 kann auch zum Haltern wenigstens eines Nebenaggregats oder dergleichen Komponente des Personenkraftwagens dienen.
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Das Bodenelement 14 umfasst – wie es insbesondere in Zusammenschau mit der 2 erkennbar ist – eine erste Deckschicht 18 sowie eine zweite Deckschicht 20, zwischen welchen ein metallisches Plattenelement 22 zumindest bereichsweise angeordnet ist.
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Die Deckschichten 18, 20 sind aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet. Bei dem faserverstärkten Kunststoff handelt es sich beispielsweise um einen kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK). Die Deckschichten 18, 20 sind dabei mittels des als Kern fungierenden Plattenelements 22 von einander beabstandet. Somit weist das Bodenelement 14 eine Sandwich-Struktur 24 auf, die zu einer hohen Steifigkeit und gleichzeitig zu einem geringen Gewicht des Bodenelements 14 führt.
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Wie insbesondere der 1 zu entnehmen ist, weist das metallische Plattenelement 22 eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 26 auf, welche von wenigstens einem der faserverstärkten Kunststoffe der Deckschichten 18, 20 durchdrungen sind und über welche die Deckschichten 18, 20 beziehungsweise deren Kunststoffe miteinander verbunden sind. Dadurch ist das in die Deckschichten 18, 20 zumindest bereichsweise einlaminierte, metallische Plattenelement 22 besonders fest mit den Deckschichten 18, 20 verbunden.
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Die Anbindung beziehungsweise Verbindung des Hilfsträgers 12 an das Bodenelement 14 erfolgt nun bei der Anordnung 10 über das metallische Plattenelement 22, mit welchem der Hilfsträger 12 mittels Schrauben verschraubt ist. Die Schrauben durchdringen dabei jeweilige Durchgangsöffnungen einer der Deckschichten 18, 20 und sind in das metallische Plattenelement 22 eingeschraubt. Dadurch ist eine korrosionsgerechte Anbindung des Hilfsträgers 12 an das Bodenelement 14 geschaffen.
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Die Anordnung 10 weist ferner den Vorteil einer besonders flächigen Krafteinleitung von dem Hilfsträger 12 über das metallische Plattenelement 22 in die Deckschichten 18, 20 bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Personenkraftwagen, insbesondere bei einem Frontalaufprall dieses auf eine Barriere, auf. Mit anderen Worten können Aufprallkräfte, die von dem Hilfsträger 12 in das metallische Plattenelement 22 eingeleitet werden, auf günstigen Kraftpfaden großflächig in die Deckschichten 18, 20 ein beziehungsweise auf diese abgeleitet werden. So können unvorteilhafte und unerwünschte Versagensmechanismen der aus dem faserverstärkten Kunststoff gebildeten Deckschichten 18, 20 vermieden werden. Dadurch bleibt eine Strukturintegrität der Sandwich-Struktur 24 auch bei einem relativ hohen Belastungsniveau erhalten. Daraus resultiert eine besonders hohe Sicherheit für Insassen der Fahrgastzelle des Personenkraftwagens.
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Das metallische Plattenelement 22 ist beispielsweise aus Edelstahl (V4A), insbesondere einem Chrom-Nickel-Stahl, gebildet und weist eine hohe Festigkeit auf. Die Durchgangsöffnungen 26 stellen auch jeweilige Materialaussparungen dar, was zu einem geringen Gewicht des metallischen Plattenelement 22 und damit des Bodenelements 14 führt.
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Die 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Anordnung 10 gemäß den 1 und 2, wobei sich das metallische Plattenelement 22 im Vergleich zur Anordnung 10 gemäß den 1 und 2 über eine geringerer Länge in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. So können das Gewicht des Plattenelements 22 und die Krafteinleitung von dem Plattenelement 22 in die Deckschichten 18, 20 eingestellt werden.
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Die 4 bis 6 veranschaulichen die Anbindung des Bodenelements 14 und darüber der Anordnung 10 an einen Hauptboden 28 des Personenkraftwagens. Der Hauptboden 28 erstreckt sich dabei in Fahrzeugquerrichtung zwischen jeweiligen, seitlichen Seitenschwellern der Karosserie des Personenkraftwagens. Das Bodenelement 14 mit den Deckschichten 18, 20 und dem einlaminierten Plattenelement 22 dient als Bodenplatte, mittels welcher wenigstens ein Aufnahmeraum in Fahrzeughochrichtung nach unten hin wenigstens bereichsweise abgedeckt wird. In dem Aufnahmeraum ist wenigstens eine elektrische Speichereinrichtung, insbesondere eine Batterie, angeordnet. Die elektrische Speichereinrichtung dient zur Versorgung wenigstens eines Elektromotors des Personenkraftwagens mit elektrischem Strom. Dabei ist der Personenkraftwagen vorzugsweise mittels des wenigstens einen Elektromotors antreibbar. Dies bedeutet, dass es sich bei dem Personenkraftwagen um ein Elektrofahrzeug handeln kann. Die Anordnung 10 ist jedoch auch ohne weiteres auf anderweitige Fahrzeuge beispielsweise Hybrid-Fahrzeuge oder auf solche Fahrzeuge anwendbar, die mittels wenigstens einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden.
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Wie den 4 bis 6 zu entnehmen ist, wird das Bodenelement 14 (Bodenplatte) in Bereichen B bezogen auf die Fahrzeughochrichtung von unten her mit dem Hauptboden 28 verschraubt. Dabei durchdringen die Schrauben jeweilige Durchtrittsöffnungen des Bodenelements 14.
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Wie in Zusammenschau mit der 5 erkennbar ist, sind die Bereiche B, in welchen das Bodenelement 14 mit dem Hauptboden 28 verschraubt ist, in Fahrzeugquerrichtung in einem engen Nahbereich zu einem Mitteltunnel 30 angeordnet, welcher durch das Bodenelement 14 und insbesondere durch die in Fahrzeughochrichtung obere, erste Deckschicht 18 und somit aus dem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Durch die Verschraubung des Bodenelements 14 mit dem Hauptboden 28 im engen Nahbereich zu dem Mitteltunnel 30 ist eine besonders vorteilhafte Krafteinleitung insbesondere vom Hauptboden 28 in das Bodenelement 14 bei einem Seitenaufprall gewährleistet.
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Die 6 zeigt eine Bereich C in welchem vorteilhafter Weise eine Abdichtung vorgesehen ist, um ein Eindringen von Feuchtigkeit in den Fahrgastraum zu vermeiden. In einem Bereich D ist vorteilhafterweise eine Schweißnahtabdichtung insbesondere aus Kunststoff, beispielsweise PVC, vorgesehen, um eine Eindringen von Feuchtigkeit zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4409466 A1 [0002]
- DE 10140674 A1 [0003]
- DE 102008003645 A1 [0004]
- DE 10248661 B4 [0005]
