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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugstrukturvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2008 051 997 A1 ist bereits eine Kraftfahrzeugstrukturvorrichtung zur Verwendung in einer Kraftfahrzeugrohbaustruktur, mit zumindest einer Trägervorrichtung, die zumindest ein erstes Schalenelement und ein zweites Schalenelement umfasst, die mittels eines Verbindungsverfahrens fest miteinander verbunden sind, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Kraftfahrzeugstrukturvorrichtung bereitzustellen, die bei geringem Gewicht eine gute Steifigkeit und dadurch ein vorteilhaftes Tragfähigkeits-Gewichts-Verhältnis aufweist. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Kraftfahrzeugstrukturvorrichtung zur Verwendung in einer Kraftfahrzeugrohbaustruktur, mit zumindest einer Trägervorrichtung, die zumindest ein erstes Schalenelement und ein zweites Schalenelement umfasst, die mittels eines Verbindungsverfahrens fest miteinander verbunden sind.
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Es wird vorgeschlagen, dass zumindest eines der Schalenelemente zumindest im Wesentlichen aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist. Dadurch kann das eine Schalenelement besonders leicht und mit einer besonders vorteilhaften Steifigkeit ausgebildet werden, wodurch bei der Kraftfahrzeugstrukturvorrichtung ein besonders vorteilhaftes Tragfähigkeits-Gewichts-Verhältnis erreicht werden kann. Unter einer „Kraftfahrzeugrohbaustruktur” soll dabei insbesondere ein Grundrahmen eines Kraftfahrzeugs verstanden werden, der eingeleitete Hauptbeanspruchungskräfte, die insbesondere während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs auftreten, wie insbesondere Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte sowie Torsionskräfte, die durch eine Gier- und/oder Nickbewegung des Kraftfahrzeugs entstehen, aufnimmt und weiterleitet. Unter einer „Trägervorrichtung” soll insbesondere ein Teil der Kraftfahrzeugrohbaustruktur verstanden werden, der in der Kraftfahrzeugrohbaustruktur integriert ist. Unter einem „Verbindungsverfahren” soll dabei insbesondere ein Verfahren verstanden werden, mittels welchem zwei Bauteile, vorzugsweise die zwei Schalenelemente, permanent fest miteinander verbunden werden können. Vorzugsweise ist das Verbindungsverfahren als ein Klebeverfahren ausgebildet. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Verbindungsverfahren als ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Verbindungsverfahren, wie beispielsweise ein Schweißverfahren, ausgebildet ist. Unter einem „Faserverbundwerkstoff” soll dabei insbesondere ein zumindest zwei Hauptkomponenten umfassender Mehrphasenwerkstoff verstanden werden, der zumindest eine bettende Matrix sowie verstärkende Fasern aufweist. Die bettende Matrix kann vorzugsweise aus einem Kunststoff, einem Harz und/oder einem weiteren, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Material gebildet sein und die Fasern können aus Kunststofffasern, Glasfasern, Kohlenstofffasern, Naturfasern und/oder anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Fasern gebildet sein. Unter „zumindest im Wesentlichen aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Schalenelement zumindest zu 50%, vorzugsweise zu 75% und besonders bevorzugt zu mehr als 95% aus einem Faserverbundwerkstoff besteht.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Schalenelement, das zumindest im Wesentlichen aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist, außenliegend angeordnet ist. Dadurch kann das zumindest im Wesentlichen aus einem Faserverbundwerkstoff gebildete Schalenelement vorteilhaft von dem anderen Schalenelement in Richtung einem inneren des Kraftfahrzeugs abgeschirmt werden. Unter „außenliegend angeordnet” soll dabei insbesondere im Bezug auf das andere Schalenelement von dem Inneren des Kraftfahrzeugs abgewandt verstanden werden. Dabei ist das weitere Schalenelement zwischen dem Innenraum und dem außenliegend angeordneten Schalenelement angeordnet.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das innenliegende Schalenelement zumindest im Wesentlichen aus einem Blech gebildet ist. Dadurch kann die Trägervorrichtung besonders einfach und sicher ausgebildet werden. Unter „innenliegend” soll dabei insbesondere im Bezug auf das andere Schalenelement dem Inneren des Kraftfahrzeugs zugewandt verstanden werden. Unter einem „Blech” soll insbesondere flaches, vorzugsweise in einem Walzverfahren hergestelltes Metall verstanden werden, das eine Wandstärke aufweist, die um ein vielfaches kleiner ist als seine Breite und Länge.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine zumindest im Wesentlichen aus einem Faserverbundwerkstoff gebildete Schalenelement unterschiedliche Wandstärken aufweist. Dadurch kann das Schalenelement besonders vorteilhaft belastungsgerecht ausgelegt werden. Unter „unterschiedliche Wandstärken aufweisen” soll insbesondere verstanden werden, dass das Schalenelement in unterschiedlichen Bereichen eine unterschiedliche Dicke aufweist, die sich zumindest um 10% von einer Dicke in einem anderen Bereich des Schalenelements unterscheidet und insbesondere außerhalb eines Toleranzbereichs des Schalenelements liegt. Dabei sind stärker belastete Bereiche des Schalenelements vorzugsweise dicker und damit steifer ausgebildet als weniger belastete Bereiche des Schalenelements.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine zumindest im Wesentlichen aus einem Faserverbundwerkstoff gebildete Schalenelement eine Versteifungsstruktur aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Steifigkeit des Schalenelements zu erhöhen. Dadurch kann das Schalenelement besonders vorteilhaft steif ausgebildet werden. Unter einer „Versteifungsstruktur” soll dabei insbesondere eine Kontur des Schalenelements verstanden werden, die ein Flächenträgheitsmoment gegenüber einer flachen Struktur um zumindest 5% erhöht. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Versteifungsstruktur eine in Richtung des anderen Schalenelements gerichtete Sicke aufweist. Dadurch kann die Versteifungsstruktur besonders vorteilhaft und einfach ausgebildet werden. Unter einer „Sicke” soll dabei insbesondere eine rinnenförmige Vertiefung in einem dünnen Element, insbesondere in dem Schalenelement, verstanden werden, die eine Steifigkeit, insbesondere eine Biegesteifigkeit, erhöht.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Schalenelement zumindest im Wesentlichen aus einem Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoff gebildet ist. Dadurch kann das Schalenelement besonders vorteilhaft ausgebildet werden. Unter einem „Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoff” soll dabei insbesondere ein Faserverbundwerkstoff verstanden werden, bei dem Kohlenstofffasern in die bettende Matrix eingebracht sind.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Trägervorrichtung als ein Dachrahmen ausgebildet ist. Dadurch kann die Kraftfahrzeugstrukturvorrichtung besonders vorteilhaft und einfach ausgebildet werden. Unter einem „Dachrahmen” soll dabei insbesondere ein Teil der Kraftfahrzeugrohbaustruktur verstanden werden, der in einem einem Boden abgewandten Teil der Kraftfahrzeugrohbaustruktur angeordnet ist und ein Seitenelement mit einem zweiten Seitenelement verbindet.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das innenliegende Schalenelement und das außenliegende Schalenelement mittels eines Klebeverfahrens fest miteinander verbunden sind. Dadurch können die Schalenelemente besonders vorteilhaft und einfach fest miteinander verbunden werden. Unter einem „Klebeverfahren” soll dabei insbesondere ein Verfahren verstanden werden, bei dem zumindest zwei Bauteile, vorzugsweise die beiden Schalenelemente, mittels eines Klebers fest miteinander verbunden werden, wobei die Bauteile dabei vorzugsweise von Adhäsionskräften des Klebers zusammengehalten werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugstrukturvorrichtung und
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2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugstrukturvorrichtung.
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Die 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugstrukturvorrichtung zur Verwendung in einer Kraftfahrzeugrohbaustruktur 10. Die Kraftfahrzeugrohbaustruktur 10 bildet ein Grundgerüst, den Grundrahmen eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs, aus. Die Kraftfahrzeugstrukturvorrichtung weist eine Trägervorrichtung 11 auf. Die Trägervorrichtung 11 ist Teil der Kraftfahrzeugrohbaustruktur 10 und in diese integriert. Die Trägervorrichtung 11 weist eine längliche Grundform auf. Eine Haupterstreckungsrichtung der Trägervorrichtung 11 erstreckt sich parallel zu einer längeren Erstreckung der Trägervorrichtung 11. Die Trägervorrichtung 11 umfasst ein erstes Schalenelement 12 und ein zweites Schalenelement 12. Die Schalenelemente 12, 13 sind mittels eines Verbindungsverfahrens fest miteinander verbunden. Die Schalenelemente 12, 13 weisen eine längliche Grundform aus, deren parallel zu ihrer Haupterstreckung liegende Haupterstreckungsrichtung parallel zu der Haupterstreckungsrichtung der Trägervorrichtung 11 ausgerichtet ist. Die Trägervorrichtung 11 ist in Schalenbauweise ausgebildet. Die Schalenelemente 12, 13 weisen jeweils eine Wölbung 16, 17 auf, die in einem montierten Zustand, in dem die Schalenelemente 12, 13 fest miteinander verbunden sind, voneinander weggerichtet sind.
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Das erste Schalenelement 12 ist aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet. Das erste Schalenelement 12 ist dabei aus in einer bettenden Matrix angeordneten Fasern gebildet. Die Fasern sind dabei ausgerichtet angeordnet. Die Fasern verlaufen dabei zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Kraftflussrichtung, in der ein Kraftfluss durch das Schalenelement 12 geleitet wird. Die Fasern sind dabei in verschiedenen Bereichen des Schalenelements 12 in verschiedene Richtungen ausgerichtet. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, dass die Fasern über das gesamte Schalenelement 12 in eine gleiche Richtung ausgerichtet sind. Das erste Schalenelement 12 ist aus einem Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoff gebildet. Die Fasern des ersten Schalenelements 12 sind aus Kohlenstofffasern gebildet. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, dass die Fasern des ersten Schalenelements 12 aus anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Fasern, wie beispielweise Glasfasern, gebildet sind. Das aus einem Faserverbundwerkstoff gebildete Schalenelement 12 weist eine Wandstärke auf, die um ein vielfaches kleiner ist als seine Ausdehnung in andere Raumachsen. Das Schalenelement 12 ist dünn und seine Wandstärke beträgt wenige Millimeter. Dabei liegt die Wandstärke des ersten Schalenelements 12 zwischen 1,0 mm und 10,0 mm. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Schalenelement 12 eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Wandstärke aufweist.
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Das Schalenelement 12, das aus dem Faserverbundwerkstoff gebildet ist, ist außenliegend angeordnet. Im Bezug auf das zweite Schalenelement 13 ist das aus Faserverbundwerkstoff gebildete Schalenelement 12 einem Inneren des Kraftfahrzeugs abgewandt. Das zweite Schalenelement 13 ist innenliegend ausgebildet und damit dem Inneren des Kraftfahrzeugs zugewandt. Die Wölbung 17 des zweiten Schalenelements 12 ist in Richtung des Inneren des Kraftfahrzeugs gerichtet. Die Wölbung 16 des aus Faserverbundwerkstoff gebildeten Schalenelements 12 ist von dem Inneren des Kraftfahrzeugs weggerichtet. Zwischen den Schalenelementen 12, 13 ist ein durch die Wölbungen 16, 17 der Schalenelemente 12, 13 gebildeter Hohlraum 18 angeordnet. Der Hohlraum 18 ist frei von weiteren Strukturelementen. Es ist jedoch grundsätzlich auch denkbar, dass der Hohlraum 18, der von den beiden Schalenelementen 12, 13 gebildet wird mit einem Strukturschaum zur Versteifung der Tragervorrichtung 11 befüllt ist oder ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Element in dem Hohlraum 18 angeordnet ist.
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Das innenliegende Schalenelement 13 ist aus einem Blech gebildet. Das Blech besteht dabei aus einem Metall. Das aus Blech gebildete Schalenelement 13 weist eine Wandstärke auf, die wesentlich kleiner ist als seine Ausdehnung in andere Raumachsen. Die Wandstärke des aus Blech gebildeten Schalenelements 13 entspricht dabei in etwa der Wandstärke des aus einem Faserverbundwerkstoff gebildeten Schalenelements 12.
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Das aus Faserverbundwerkstoff gebildete erste Schalenelement 12 weist unterschiedliche Wandstärken auf. In Bereichen, in denen der Kraftfluss durch das Schalenelement geleitet wird, ist das aus Faserverbundwerkstoff gebildete Schalenelement 12 dicker ausgebildet und weist eine größere Wandstärke auf.
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Das aus einem Faserverbundwerkstoff gebildete Schalenelement weist eine Versteifungsstruktur 14 auf. Die Versteifungsstruktur 14 ist dazu vorgesehen, eine Steifigkeit des Schalenelements 12 zu erhöhen. Die Versteifungsstruktur 14 verläuft parallel zu der Haupterstreckungsrichtung des Schalenelements 12. Die Versteifungsstruktur 14 weist eine in Richtung des anderen Schalenelements 13 gerichtete Sicke 15 auf. Die Sicke 15 weist dabei eine in Richtung des anderen Schalenelements 13 gerichtete Tiefe auf, die wesentlich kleiner ist als eine Tiefe der Wölbung 16 des ersten Schalenelements 12. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, dass die Versteifungsstruktur 14 andere und/oder weitere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Elemente zur Versteifung des ersten Schalenelements 12 aufweist.
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Das innenliegende zweite Schalenelement 13 und das außenliegende erste Schalenelement 12 sind mittels eines Klebeverfahrens fest miteinander verbunden. Dazu weisen die Schalenelemente 12, 13 jeweils zwei Klebebereiche 19, 20, 21, 22 auf. Die Klebebereiche 19, 20, 21, 22 sind entlang der Haupterstreckungsrichtung der Schalenelemente 12, 13 jeweils seitlich von der Wölbung 16, 17 des entsprechenden Schalenelements 12, 13 angeordnet. Jeweils ein Klebebereich 19, 20 des ersten Schalenelements 12 und ein Klebebereich 21, 22 des zweiten Schalenelements 12 sind einander zugeordnet und in einem verklebten Zustand einander zugewandt. Die einander zugeordneten Klebebereiche 19, 20, 21, 22 sind dazu vorgesehen, mittels eines Klebers fest miteinander verbunden zu werden. Dazu wird in einem Klebevorgang zunächst ein Kleber auf die Klebebereiche 19, 20, 21, 22 eines der Schalenelemente 12, 13 aufgebracht und dann das andere Schalenelement 12, 13 mit seinen entsprechenden Klebebereichen 19, 20, 21, 22 auf den mit Kleber versehenen Klebebereichen 19, 20, 21, 22 des Schalenelements 12, 13 aufgesetzt. Durch eine Einbringung von Wärme oder Druck auf die Klebebereiche 19, 20, 21, 22 der Schalenelemente 12, 13 kann eine Aushärtung des Klebers beschleunigt werden.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass ein Zweikomponentenkleber oder ein anderer, dem Fachmann als sinnvoll erscheinender Kleber zur Verbindung der zwei Schalenelemente 12, 13 verwendet wird. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das erste und das zweite Schalenelement 12, 13 aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet sind. Dabei können die beiden Schalenelemente 12, 13 auch aus unterschiedlich zusammengesetzten Faserverbundwerkstoffen gebildet sein.
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Die Trägervorrichtung 11 ist als ein Dachrahmen ausgebildet. Die als Dachrahmen ausgebildete Trägervorrichtung 11 verbindet eine linke Seitenwand 23 der Kraftfahrzeugrohbaustruktur 10 mit einer rechten Seitenwand der Kraftfahrzeugrohbaustruktur 10. Die als Dachrahmen ausgebildete Trägervorrichtung 11 verbindet die linke und die rechte Seitenwand 23 in einem hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs. Die als Dachrahmen ausgebildete Trägervorrichtung 11 ist außenliegend von einer Außenhaut 24 des Kraftfahrzeugs überdeckt. Die Außenhaut 24 schließt das Kraftfahrzeug nach außen hin ab. Die Außenhaut 24 ist dabei aus einem dünnen Blech gebildet. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Außenhaut 24 aus einem anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Material besteht. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die Trägervorrichtung 11 die linke und die rechte Seitenwand 23 der Kraftfahrzeugrohbaustruktur 10 in einem anderen Bereich des Kraftfahrzeugs miteinander verbindet. Es ist grundsätzlich ebenfalls denkbar, dass die Trägervorrichtung 11 zwei andere Komponenten der Kraftfahrzeugrohbaustruktur 10 miteinander verbindet bzw. ein anders, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Teil der Kraftfahrzeugrohbaustruktur 10, wie beispielsweise eine A-, B-, oder C-Säule, ausbildet.
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Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, dass die Trägervorrichtung 11 dreischalig ausgebildet ist. Die Trägervorrichtung 11 weist dabei ein weiteres Schalenelement auf. Das Schalenelement kann dabei zwischen dem ersten Schalenelement 12 und dem zweiten Schalenelement 13, außenliegend zu dem ersten Schalenelement 12 oder innenliegend zu dem zweiten Schalenelement 13, angeordnet sein. Das weitere Schalenelement ist dabei mittels einem, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Verbindungsverfahren, vorzugsweise einem Klebeverfahren, mit den zwei Schalenelementen 12, 13 verbunden. Dabei kann das weitere Schalenelement zumindest im Wesentlichen aus einem Faserverbundwerkstoff oder einem Metallblech bestehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008051997 A1 [0002]
