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Die Erfindung betrifft ein Trägerteil, insbesondere einen Dachrahmenträger, für eine Karosserie eines Kraftwagens, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Trägerteile für Kraftwagenkarosserien, insbesondere Dachrahmenträger, werden üblicherweise in sogenannter Schalenbauweise gefertigt. Hierzu wird eine Außenschale aus einem Blech mit einer Innenschale aus einem Blech verbunden. Das Fügen der beiden Schalen erfolgt dabei in jeweiligen Flanschbereichen, wobei zwischen den Schalen ein Hohlraum eingeschlossen wird. Es ist ferner bekannt, in den so gebildeten Hohlraum zur Erhöhung der Steifigkeit des Trägerteils weitere Verstärkungselemente unterzubringen. Diese können in Form von Verstärkungsblechen ausgeführt sein. Bekannt sind auch hybride Trägerteile mit Kunststoffverstärkungen.
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Ein derartiges hybrides Trägerbauteil geht beispielsweise aus der
DE 10 2008 058 224 A1 hervor. Das Verstärkungsteil ist in diesem Fall aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet. Derartige Hybridbauteile sind besonders aufwendig in der Herstellung, da das Fügen des Thermoplasten mit den Blechschalen sich oftmals als schwierig gestalten. Im genannten Beispiel müssen hierzu die Kunststoffverstärkungen so ausgebildet sein, dass sie im Wesentlichen die gesamte Oberfläche der Schalen bedecken. Aufgrund der geringen Festigkeit von thermoplastischen Kunststoffen muss das Verstärkungselement in diesem Beispiel zudem besonders massiv und großflächig ausgeführt werden, um die gewünschte Versteifung zu erzielen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Trägerteil der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches einfach herzustellen ist und das bei besonders geringem Eigengewicht eine besonders hohe Festigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Trägerteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein solches Trägerteil, beispielsweise ein Dachrahmenträger, für eine Karosserie eines Kraftwagens umfasst eine Außenschale und eine Innenschale, welche in jeweiligen Flanschbereichen miteinander gefügt sind und einen Hohlraum zwischen sich einschließen, in welchen zumindest ein Verstärkungselement angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass das Verstärkungselement aus einem Faserverbundkunststoff ausgebildet ist. Aufgrund der hohen Festigkeit von Faserverbundkunststoffen kann das Verstärkungselement besonders leicht und raumsparend ausgebildet werden. Die besonders hohe Zug- und Bruchfestigkeit von derartigen Faserverbundmaterialien erlaubt zudem eine punktuelle Anbindung des Verstärkungselements an den Schalen des Trägerteils, so dass keine großflächige Anlagekontaktfläche notwendig ist. Auch dies vereinfacht und verbilligt die Herstellung des Trägerteils.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verstärkungselement in den jeweiligen Flanschbereichen mit der Außenschale und der Innenschale verbunden. im einfachsten Fall ist auf diese Art eine Verbindung durch Kraftschluss, also durch eine Klemmung des Verstärkungselements zwischen den beiden Schalen des Trägerteils möglich. Dies ist besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung. Soll eine besonders gute und haltbare Verbindung zwischen den Elementen des Trägerteils geschaffen werden, so können zusätzlich oder alternativ eine Klebeverbindung, eine Nietverbindung und/oder eine Schraubverbindung zwischen den Schalen und dem Verstärkungselement vorgesehen sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Verstärkungselement mit zumindest einem Erstreckungsbereich an einer den Hohlraum zwischen den Schalen zugewandten Innenwandung der Innen- und/oder Außenschale abgestützt. Auf diese Art kann ein besonders stabiles Trägerteil geschaffen werden, das sowohl im Normalbetrieb auftretende Kräfte als auch unfallbedingt eingeleitete Kräfte großflächig aufnehmen und abstützen kann.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn zumindest zwei Verstärkungselemente vorgesehen sind, wobei das erste Verstärkungselement mit zumindest einem Erstreckungsbereich an einer Innenwandung der Innenschale und das zweite Verstärkungselement mit zumindest einem Erstreckungsbereich an einer Innenwandung der Außenschale abgestützt ist.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die beiden Verstärkungselemente zudem mit jeweiligen Erstreckungsbereichen gegeneinander abgestützt sind. Bei einer derartigen Konstruktion des Trägerteils ergibt sich somit im zwischen den Schalen eingeschlossenen Hohlraum eine Fachwerkkonstruktion, die in allen Raumrichtungen auftretende Kräfte besonders gut stützt und das Trägerteil vor Deformation durch Biegung oder Torsion zuverlässig schützt, so dass eine besonders stabile Karosserie geschaffen werden kann.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Trägerteils mit zwei Verstärkungselementen;
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2 einen Teilschnitt in perspektivischer Darstellung des Trägerteils gemäß 1 bei seinem Einsatz als vorderer Dachrahmenträger und
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3 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägerteils bei seinem Einsatz als vorderer Dachrahmenträger.
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Einen im Ganzen mit 10 bezeichneter vorderer Dachrahmenträger für eine Karosserie eines Personenkraftwagens umfasst eine Außenschale 12 und eine Innenschale 14, die in jeweiligen Flanschbereichen 16 miteinander gefügt sind. Die Schalen 12, 14 bestehen dabei aus Blech, insbesondere aus Stahlblech, und schließen einen Hohlraum 18 zwischen sich ein. Um einen besonders stabilen und biege- sowie verwindungssteifen Dachrahmenträger 10 zu schaffen, sind in dem Hohlraum 18 zwei Verstärkungselemente 20, 22 aus einem Faserverbundkunststoff angeordnet. Das Verstärkungselement 20 erstreckt sich mit Endbereichen 24 in die Flansche 16 hinein und ist dort zwischen der Außenschale 12 und der Innenschale 14 klemmend gehalten, wobei die Fügeverbindung durch zusätzliche auch als Kleberaupen bezeichnete Klebenähte oder Klebepunkte 26 verstärkt wird. Das erste Verstärkungselement 20 liegt ferner mit Teilbereichen 28 seiner Längserstreckung an einer Innenwandung 30 der Außenschale 12 an und ist ebenfalls mit Kleberaupen/-punkten 26 mit dieser verbunden.
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Das zweite Verstärkungselement 22 ist mit seinen Endbereichen 32 mit dem ersten Verstärkungselement 20 über weitere Klebenähte 26 verklebt. Ein weiterer Erstreckungsbereich 34 des zweiten Verstärkungselements 22 liegt an einem Erstreckungsbereich 34 des ersten Verstärkungselements 20 an, wobei auch hier eine Klebeverbindung 26 vorgesehen ist, zwei weitere Erstreckungsbereiche 36 des zweiten Verstärkungselements 22 liegen an einer Innenwandung 38 der Innenschale 14 des Dachrahmens 10 an, wobei auch hier Kleberaupen/-punkte 26 zur weiteren Verstärkung vorgesehen sind. Insgesamt ergibt sich so im Hohlraum 18 eine fachwerkartige mehrkammerige Struktur, bei welcher einzelne Kammern 40, 42, 44, 46, 48, 50 zwischen den Verstärkungsteilen 20, 22 und den Schalen 12, 14 ausgebildet sind und weitere Kammern 52, 54 lediglich zwischen den Verstärkungsteilen 20, 22 gebildet werden. Eine derartige mehrkammerige, fachwerkartige Struktur verleiht dem Dachrahmenträger 10 eine besonders hohe Biege- und Torsionssteifigkeit sowohl unter Betriebsbelastungen als auch im Fall einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, wobei durch den Einsatz von Faserverbundkunststoffen für die Verstärkungselemente 20, 22 ein besonders geringes Eigengewicht erzielt wird.
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Wie 2 zeigt, ist der Dachrahmenträger 10 im Bereich einer A-Säule 56 an die Karosserie des Kraftwagens angebunden und erstreckt sich entlang der Vorderkante einer Aufnahmeöffnung 58 für das Dach bzw. der Oberkante einer Aufnahmeöffnung 60 für die Windschutzscheibe. Die Verstärkungselemente 20, 22 können dabei gegebenenfalls in das Trägerteil der A-Säule 56 bzw. des Dachrahmenlängsträgers 62 einlaufen und so eine besonders stabile Struktur schaffen.
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3 zeigt eine alternative Ausführungsform des Trägerteils 10 in Schnittdarstellung. Zwischen Außenschale 12 und Innenschale 14 des Dachrahmenträgers 10, die über Punktschweißverbindungen 66 in den Flanschbereichen 16 miteinander verbunden sind, ist auch hier ein Hohlraum 18 ausgebildet. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß 1 ist hier lediglich ein einzelnes Verstärkungselement aus einem Faserverbundwerkstoff im Hohlraum 18 angeordnet, welches mit Teilbereichen 28 an der Innenwandung 30 der Außenschale 12 und mit Teilbereichen 64 an der Innenwandung 38 der Innenschale 14 anliegt und über Klebenähte 26 mit den jeweiligen Schalen verbunden ist. Auch hier ergibt sich eine fachwerkartige Struktur mit mehreren Kammern 44, die dem Dachrahmenträger 10 die notwendige Stabilität und Steifigkeit verleiht. Da sich in diesem Fall das Verstärkungsteil 20 nicht in die Flanschbereiche 16 erstreckt, kann dort ohne weiteres punktgeschweißt werden während die Anbindung des Verstärkungsteil 20 ausschließlich durch Kleben erfolgt.
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Insgesamt ergibt sich so in beiden Ausführungsformen ein Dachrahmenträger 10, der bei gleicher funktionaler Erfüllung der Bauteilanforderungen wie bei rein metallischen Bauteilen eine deutliche Gewichtsreduktion ermöglicht. Durch Abstufung der Wandstärken innerhalb des Faserverbundkunstbauteils ist eine belastungsgerechte Konstruktion des Dachrahmenträgers 10 möglich. Ein derartiger Dachrahmenträger 10 kann des Weiteren problemlos in bestehende Rohbaukonzepte integriert werden, ohne dass Änderungen am sonstigen Rohbau notwendig werden. Für die Verbindung der Verstärkungselemente 20, 22 mit den Schalen 12, 14 sind dabei keine mechanische Fügeverbindungen, Warm- oder Induktiv-Fügeverfahren oder dergleichen notwendig. Die Befestigung der Verstärkungselemente 20, 22 kann vielmehr auf einfachste Weise prozesssicher und schnell durch Kleben erfolgen. Durch das Einschließen des Faserverbundmaterials in dem Innenraum 18 zwischen den Schalen 12, 14 ergeben sich zudem keine Restriktionen für den Lackierdurchlauf, so dass auch hier bestehende Prozesse beibehalten werden können. Gleichzeitig werden die Faserverbundbestandteile auf diese Art effizient gekapselt, so dass auch bei besonders schweren Unfällen, in welchen Faserverbundwerkstoffe zum Splittern neigen können, Verletzungsrisiken für die Fahrzeuginsassen minimiert werden.
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Der Einsatz derartiger Bauteile im Dachrahmen führt zu einer Gewichtsreduktion insbesondere oberhalb der Bordkante, so dass die Schwerpunktlage des Fahrzeugs nach unten verlagert wird, was die Fahrdynamik verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008058224 A1 [0003]
