DE102012014375B4

DE102012014375B4 - Strukturbauteil mit Energieabbaufunktion und Kraftfahrzeug mit einem solchen Strukturbauteil

Info

Publication number: DE102012014375B4
Application number: DE102012014375.3A
Authority: DE
Inventors: Jan Krüger; Mirko Sretenovic; Asmir Salkic; Regina Zeiser; Dietmar Kallfass; Jürgen Bösselmann; Karl-Heinz Semlitsch
Original assignee: Secar Technologie GmbH; Daimler AG
Current assignee: Secar Technologie GmbH; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2032-07-21
Also published as: DE102012014375A1

Abstract

Strukturbauteil (1) mit Energieabbaufunktion das einen FVK-Strebenkörper (2) und zumindest eine Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung aufweist
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung ein ein verschiebbarer Befestigungsschlitten (3) ist,
– im FVK-Strebenkörper (2) zumindest eine Nut (21) vorliegt, in der der Befestigungsschlitten (3) geführt ist, und die dazu ausgebildet ist, unter einer mittels des Befestigungsschlittens (3) in Längsrichtung der Nut (21) aufgebrachten Kraft, die größer als eine vorbestimmte Schwellkraft ist, auszubrechen, wobei der Befestigungsschlitten (3) in Richtung der Krafteinwirkung verschiebbar ist, und
– im Strebenkörper (2) entlang der Längsachse eine Zwischenwand (24) vorliegt, die durch die Längsachse der zumindest einen Durchgangsöffnung (22) verläuft und dazu ausgebildet ist, um unter Einwirkung einer Kraft, die größer ist als die Schwellkraft, auszubrechen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Strukturbauteil mit Energieabbaufunktion gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Strukturbauteil.
Strukturbauteile mit Energieabbaufunktion der hierin beschriebenen Art werden im Allgemeinen dann eingesetzt, wenn steife Konstruktionen mit „gutmütigen” Eigenschaften bei einem Aufprall gefragt sind, wobei wünschenswerte „gutmütige” Eigenschaften bei einem Aufprall, bzw. Crash ein vorhersagbares Deformationsverhalten und hohe Bauteilintegrität sind. Bei einem Aufprall treten stoßartige Belastungsspitzen, die über eine normale Betriebsbeanspruchung hinaus gehen, auf, und die das Strukturbauteil dissipieren muss. Hierbei werden meist Deformationsenelemte eingesetzt, die sich unter den Belastungsspitzen verformen, sich aufheizen oder vorhersagbar versagen.
Die Tendenz im Kraftfahrzeugbau, leichtere, kompaktere und gleichzeitig sicherere Autos zu bauen, macht den Einsatz nicht-konventioneller Strukturbauteile immer interessanter. Unter konventionellen Strukturbauteilen werden hierbei etwa steife Trägerelemente der Fahrgastzelle oder deformierbare Aufprallschutzelemente aus duktilen Werkstoffen, insbesondere Stählen oder Leichtmetallen verstanden. Der Trend zu kompakteren Kraftfahrzeugen führt dazu, dass die von konventionellen Strukturbauteilen zur Verfügung gestellte Dissipationsleistung bei einem Aufprall nicht mehr ausreicht, bzw. ein derartiges konventionelles Strukturbauteil zu schwer bzw. voluminös würde.
Strukturbauteile, die zumindest teilweise aus Faserverbundkunststoff (FVK) bestehen, haben ein großes Potential, da diese eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig niedriger Dichte bereitstellen und bei einem „gesteuerten”, d. h. gezielt eingeleitetem, Versagen aufgrund des vergleichweise hohen Elastizitätsmoduls große Energiemengen dissipieren können. Diese eignen sich somit bestens um sicherere, kompaktere und leichtere Kraftfahrzeuge zu bauen.
Strukturbauteile mit Energieabbaufunktion aus FVK an sich sind dem Fachmann bekannt. Die DE 10 2010 015 972 A1 offenbart eine Energieabsorptionsvorrichtung und ein Fahrzeug, das diese umfasst. Dort ist die Energieabsorptionsvorrichtung im Wesentlichen ein Hohlkörper mit einem rechteckigen Querschnitt. Nachteilig ist, dass die Strebe aus einem faserverstärkten Material nicht zur Aufnahme von Betriebsbeanspruchungen herangezogen wird, sondern nur bei einem Aufprall zum Einsatz kommt Die Aufprall- oder Crash-Energie wird durch Crushing aufgenommen.
Die DE 10 2010 027 859 A1 beschreibt eine Strebe mit Energieabbaufunktion, die eine Strebe aus FVK und eine Verbindungseinrichtung aufweist, die die Anbindung der Strebe garantiert . Ferner ist dort vorgesehen, dass die Strebe aus einem faserverstärkten Kunststoff zumindest teilweise aus einem metallischen Material bestehen können. Dabei ist nachteilig, dass die Strebe nach dem Versagen nicht mehr in der Lage ist eine Betriebsbeanspruchung zu übertragen bzw. die Bauteilintegrität nicht mehr gewährleistet ist. Darüber hinaus können nachteilig lediglich Druckkräfte dissipiert werden.
Ein Kunststoffbauteil für ein Fahrzeug, das einem Aufprall unterliegt, wird in der DE 10 2006 061 616 A1 offenbart, wobei das Bauteil z. B. ein Verkleidungsbauteil ist und an einem potentiell stoßbelasteten Bauteilabschnitt mindestens eine Sollbruchstelle aufweist. So soll bei Verwendung des dort beschriebenen Bauteils im Fahrzeug das Verletzungsrisiko für Insassen verringert werden, da bei „Aktivierung” der Sollbruchstelle ein Weg zum Energieabbau zur Verfügung gestellt wird.
Ferner beschreibt die DE 10 2008 042 452 A1 ein „Faserverbundbauteil zur Energieabsorption”, das als ein Laminataufbau aus CFK-Schichten beschrieben wird und eine darin integrierte Metallfolien- oder Metallblechschicht bzw. einen Aramidgewebe aufweisen kann. CFK bezeichnet hierbei ein allgemeines Kohlefaser-Verbundmaterial. In dieser Kombination gewährleistet das Laminat eine hohe Festigkeit, übt somit bei einem Aufprall eine energieabbauende Funktion aus und wahrt die Bauteilintegrität zumindest teilweise.
Aus der DE 43 12 343 A1 ist ein Überlastabsorber in Faserverbundbauweise mit einem im Lastübertragungspfad angeordneten Grundkörper, einem Lasteinleitungselement und einem zwischen Lasteinleitungselement und Grundkörper wirkenden, bei Überlast energieverzehrend verformten Faserverbundsteg bekannt. Das Lasteinleitungselement ist in einer in Lastrichtung auf Übermaß erweiterten Aussparung des Grundkörpers und ein Faserverbund-Steg im erweiterten Teil der Aussparung lastübertragend angeordnet.
Die DE 195 37 408 C1 beschreibt einen Kraftwagenvorbau mit einem die beiden A-Säulen miteinander verbindenden Querträger. Hier ist eine Strebe festgelegt, die sich vom Querträger zu einem in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Mitteltunnel erstreckt, und die zumindest zwei sich überlappende Strebenabschnitte aufweist, deren Verbindungsbereich bei Belastung während eines Crashes nach Überwinden einer Kraftschwelle in Längsrichtung unter Energieabsorption längbar ist.
Aus der DE 10 2010 020 080 A1 ist eine Stoßfängeranordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche einen Querträger und eine Crashbox aufweist, wobei der Querträger über ein Führungsprofil mit der Crashbox gekoppelt und das Führungsprofil relativ beweglich an der Crashbox angebunden ist. An dem Führungsprofil ist eine Lasche zur Koppelung mit der Crashbox vorgesehen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Strukturbauteil mit Energieabbaufunktion bereitzustellen, das ein vorhersagbares Deformationsverhalten bei einem Aufprall aufweist, sowohl Druck- als auch Zugkräfte dissipieren kann, nach einem Aufprall nicht zerfällt und weiterhin zumindest teilweise eine Betriebsbeanspruchung übertragen kann und dabei die Bauteilintegrität erhalten bleibt.
Diese Aufgabe wird durch ein Strukturbauteil mit Energieabbaufunktion mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil bereitzustellen, das die auf die Insassen bei einem Aufprall wirkenden Beschleunigungen begrenzt und die Integrität des Kraftfahrzeugs nach dem Aufprall weitgehend erhalten bleibt.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Eine erste Ausführungsform bezieht sich auf ein Strukturbauteil mit Energieabbaufunktion, das einen FVK-Strebenkörper und zumindest eine Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung aufweist, wobei die Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung ein Befestigungsschlitten ist. Im FVK-Strebenkörper liegt dabei zumindest eine Nut vor, in der der Befestigungsschlitten geführt ist, und die dazu ausgebildet ist, unter einer mittels des Befestigungsschlittens in Längsrichtung der Nut aufgebrachten Kraft, die größer als eine vorbestimmte Schwellkraft ist, auszubrechen, wobei der Befestigungsschlitten in Richtung der Nut verschiebbar ist.
Ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil, das vorteilhaft als Strebe ausgebildet sein kann, wird üblicherweise mit rein axial wirkenden Zug- oder Druckkräften als Betriebskraft beaufschlagt. Die Betriebskraft kann dabei form- oder bevorzugt kraftschlüssig durch den Befestigungsschlitten in das Strukturbauteil eingeleitet werden. Überschreitet die Betriebskraft eine vorbestimmte Schwellkraft, beispielsweise durch einen Aufprall, so würde eine Strebe ohne Energieabbaufunktion spontan und unberechenbar Knicken und/oder Brechen und ihre Bauteilintegrität ginge verloren. Beim erfindungsgemäßen Strukturbauteil mit Energieabbaufunktion beginnt sich der Befestigungsschlitten unter Einwirkung der Kraft in Richtung der Krafteinwirkung zu bewegen, sobald die Kraft die Schwellkraft überschreitet. Hierbei ist die Nut, in der der Befestigungsschlitten geführt ist, als eine Sollbruchstelle ausgestaltet, die unter Einwirkung der Kraft bricht und dabei aufgrund des hohen Elastizitätsmoduls des FVK eine große Energiemenge dissipieren kann. Nach dem Aufprall kommt der Befestigungsschlitten zum stehen.
Die zur Verfügung gestellte Dissipationsleistung bzw. die Schwellkraft lässt sich dabei durch die Dicke und Breite der Nut einstellen, wobei diese so gewählt werden sollten, dass die Nut versagt bevor der FVK-Strebenkörper knickt bzw. reißt, was die Bauteilintegrität zerstören würde.
Ein bevorzugtes Strukturbauteil mit Energieabbaufunktion das einen FVK-Strebenkörper aus verschiedenen Materialien und Werkstoffen und zumindest eine Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung aufweist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung ein verschiebbarer Befestigungsschlitten ist, Der FVK-Strebenkörper kann in verschiedenen Querschnittsformen mit und ohne Oberflächennut in unterschiedlichen Längen in Strebenlängsrichtung ausgeführt werden. Die Kräfte- und Momente, die auf die Strebe durch die Befestigungseinrichtung eingebracht werden, und eine vorbestimmte Schwellgrenze überschreiten, werden in Strebenlängsrichtung umgeleitet und lassen eine Bewegung zwischen Befestigungseinrichtung und Strebe zu.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass ein derartiger in einer Nut geführter Befestigungsschlitten auch zu beiden Enden des Strukturbauteils angeordnet ist. Ist der Befestigungsschlitten nur einenends angeordnet, so ist es denkbar, dass am entsprechenden anderen Ende eine konventionelle Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung ohne Energieabbaufunktion eingesetzt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Befestigungsschlitten zwei durch zumindest eine Hülse beabstandet gegenüberliegende Befestigungsplatten aufweisen. Die Hülse kann hierbei vor allem zylindrisch sein und einen polygonalen oder bevorzugt kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Ferner ist es möglich, dass die Zahl der Hülsen auch ein, zwei und mehr beträgt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strukturbauteils weist der FVK-Strebenkörper zwei beabstandet gegenüberliegende Wände und eine Durchgangsöffnung auf, die sich durch die Wände erstreckt. Ferner kann der FVK-Strebenkörper vorteilhaft eine rechteckige oder polygonale Form aufweisen. An den Außenflächen der Wände liegen die dem FVK-Strebenkörper zugewandten Flächen der Befestigungsplatten des Befestigungsschlittens an und in der Durchgangsöffnung des FVK-Strebenkörpers ist die eine Hülse des Befestigungsschlittens aufgenommen. Die Nut ist dabei auf einer der Außenflächen der Wände des FVK-Strebenkörpers in Verlängerung der zumindest einen Durchgangsöffnung entlang einer Längsachse des FVK-Strebenkörpers angeordnet.
Die Nut kann sich dabei von der Durchgangsöffnung aus entlang der Längsachse in beide Richtungen erstrecken, wodurch sowohl Zug- als auch Druckkräfte, die die Betriebsbeanspruchung übersteigen, dissipiert werden können. Wird die erfindungsgemäße Strebe als Teil eines räumlichen Fachwerks beispielsweise in einem Kraftfahrzeug-Rahmen eingesetzt, so können bei einem Aufprall auch Zugkräfte, die die Betriebsbeanspruchung übersteigen, auftreten, wobei mit einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil mit Energieabbaufunktion diese auch dissipiert werden können.
In einer noch weiteren Ausführungsform kann der Befestigungsschlitten mehrteilig sein, wobei die zumindest eine Hülse in korrespondierende Öffnungen in den Befestigungsplatten verschiebbar oder verschieb- und verdrehbar eingeführt ist.
Eine mehrteilige Ausführungsform des Befestigungsschlittens erlaubt eine einfache Montage des Befestigungsschlittens in den FVK-Strebenkörper und zudem kann etwa gemäß einem „Baukastenprinzip” eine Befestigungsplatte für verschiedene Hülsendurchmesser verwendet werden. Ferner ist durch verschiedene Hülsendurchmesser die Schwellkraft und die Dissipationsleistung weitergehend vorteilhaft einstellbar.
Alternativ kann durch die zumindest eine Hülse des Befestigungsschlittens je eine Befestigungseinrichtung gesteckt sein, die dazu ausgebildet ist eine Axialkraft auf die Befestigungsplatten auszuüben.
Die Axialkraft wird dabei von „Kopfelementen” der Befestigungseinrichtung in die Befestigungsplatten eingeleitet und, da die Befestigungsplatten zumindest verschiebbar bezüglich der Hülse sind, von den Befestigungsplatten auf den FVK-Strebenkörper übertragen. Hierdurch bildet sich zwischen den dem FVK-Strebenkörper zugewandten Flächen der Befestigungsplatten und den korrespondierenden Außenflächen des FVK-Strebenkörpers eine Reibpaarung aus. Die Reibpaarung bzw. die Axialkraft ist besonders vorteilhaft so ausgelegt, dass die Betriebskraft nur durch die Reibpaarung übertragen wird und der Formschluss in der Durchgangsöffnung bzw. der Nut nicht belastet wird. Dies ist besonders vorteilhaft, da das Strukturbauteil dadurch nach einem „gesteuerten Versagen”, d. h. nachdem sich der Befestigungsschlitten unter Energiedissipation bewegt hat und wieder zum Stillstand gekommen ist, über die Reibpaarung wieder eine Betriebskraft aufnehmen kann und die Bauteilintegrität erhalten bleibt. Darüber hinaus kann Energie auch in der Reibpaarung selbst dissipiert werden, sobald der Befestigungsschlitten in Bewegung gesetzt wird.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass eine Schraube, eine Niete oder ein federbelastetes Befestigungselement verwendet wird. Hierbei sind Befestigungselemente, deren Axialkraft einstellbar ist, wie etwa Schrauben oder sonstige federbelastete Befestigungselemente, besonders vorteilhaft.
Damit ist es möglich die durch die Reibpaarung zwischen Befestigungsschlitten und FVK-Strebe übertragbare Kraft direkt einzustellen, wodurch auch die Schwellkraft, ab der der Befestigungsschlitten sich zu bewegen beginnt, einstellbar ist. Hierdurch besteht (neben der Dicke und Breite der Nut und dem Durchmesser der Hülse) eine weitere wichtige Einstellmöglichkeit um das Verhalten des Strukturbauteils bei einem Aufprall besser vorhersag- und einstellbar zu machen.
Erfindungsgemäß liegt im Strebenkörper entlang der Längsachse eine Zwischenwand vor, die durch die Längsachse der zumindest einen Durchgangsöffnung verläuft und dazu ausgebildet ist, um unter Einwirkung einer Kraft, die größer ist als die Schwellkraft, auszubrechen. Diese zusätzliche Zwischenwand ist so im Inneren des FVK-Strebenkörpers angeordnet, dass diese, wenn sich der Befestigungsschlitten infolge eines Aufpralls in Bewegung setzt – was nach dem Überschreiten der jeweiligen Schwellkraft eintritt –, dem Befestigungsschlitten einen zusätzlichen Widerstand entgegensetzt, der dazu beiträgt, dass noch größere Energiemengen dissipiert werden können. Zudem erhöht die Zwischenwand relevante Flächenträgheitsmomente und trägt dazu bei, dass in der Reibpaarung zwischen den Außenflächen der Wände des FVK-Strebenkörpers und den diesen zugewandten Flächen der Befestigungsplatten des Befestigungsschlittens eine noch höhere Druckkraft erzeugbar ist, ohne dass der FVK-Strebenkörper einknickt.
Darüber hinaus kann die Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung vollständig bzw. zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff bestehen. Dies ist vorteilhaft, da die Aufprallenergie stoßartig zuerst in die Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung eingeleitet wird und ein metallischer Werkstoff, der duktil und nicht spröde ist, dies besser und versagenstoleranter ertragen kann als ein FVK, der unter der stoßartigen Belastung spontan zu versagen droht. Zudem lässt sich ein metallischer Werkstoff einfacher, schneller und günstiger Bearbeiten als ein FVK.
Die genaue Dicke der Wände des FVK-Strebenkörpers bzw. der Zwischenwand kann in Abhängigkeit der zu übertragenden Betriebskraft, der geforderten Steifigkeit und der geforderten Dissipationsleistung bei einem Aufprall bestimmt werden. Limitierend für die Dicke der Wand können lediglich prozessspezifische Einschränkungen sein. In einer Ausführungsform liegt die Dicke der Zwischenwand und/oder der zumindest zwei gegenüberliegenden voneinander beabstandeten Wände im Bereich von 0,5 bis 5 mm, bevorzugt zwischen 1 und 4 mm, besonders bevorzugt zwischen 1,5 und 3 mm.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist zumindest ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil mit Energieabbaufunktion auf. Ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil kann dabei beispielsweise im Bereich der Holme, des Rahmens, der Motoraufhängung verwendet werden. Ein derartiges Kraftfahrzeug weist unter Anderem vorteilhafte Eigenschaften bei einem Aufprall, in der Form auf, dass die in der Fahrgastzelle auftretenden Beschleunigungen limitiert werden können. Ferner ist das Kraftfahrzeug nach einem Aufprall noch bedingt fahrfähig („Notlaufeigenschaft”), insofern durch den Aufprall die Integrität der Kraftfahrzeug-Karosserie oder des Rahmens nicht zu nachhaltig geschädigt wurde.
Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines FVK-Strebenkörpers ohne Zwischenwand,
2 eine perspektivische Ansicht eines Strukturbauteils mit Energieabbaufunktion mit einem FVK-Strebenkörper ohne Zwischenwand,
3 eine perspektivische Ansicht eines FVK-Strebenkörpers mit Zwischenwand,
4 eine perspektivische Ansicht eines Strukturbauteils mit Energieabbaufunktion mit einem FVK-Strebenkörper mit Zwischenwand,
5 eine perspektivische Detailansicht eines Befestigungsschlittens und eines FVK-Strebenkörpers mit Zwischenwand.
In 1 ist ein FVK-Strebenkörper 2 dargestellt, wie er für die Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil mit Energieabbaufunktion 1 geeignet ist. Der Querschnitt des FVK-Strebenkörpers 2 ist hierbei rechteckig, wobei Nuten 21 zur Führung des Befestigungsschlittens 3 auf den gegenüberliegenden Flächen 23, die durch die langen Kanten des Querschnitts gebildet werden, angeordnet sind. Die Nut erstreckt sich entlang einer Längsachse des des FVK-Strebenkörpers von zwei Durchgangsöffnungen 22 aus, die dazu ausgebildet sind, die zwei Hülsen 32 des Befestigungsschlittens aufzunehmen. Es ist beidenends eine Krafteinleitungs- und Befestigungsvorrichtung vorgesehen, wobei nur einenends eine Energieabbaufunktion durch eine Nut realisiert ist und am anderen Ende lediglich zwei Durchgangsöffnungen zur Befestigung des Befestigungsschlittens 3 vorliegen.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil 1 mit Energieabbaufunktion, wobei zwei Befestigungsschlitten 3 mit den zwei Hülsen 32 in korrespondierende Durchgangsöffnungen 22 im FVK-Strebenkörper 2 eingeführt sind. Der in der 1 vorne liegende Befestigungsschlitten 3 ist in den Nuten 21 geführt, wobei der hintere Befestigungsschlitten 3 in zwei Durchgangsöffnungen 22 ohne Nuten 21 eingeführt ist. Figurativ nicht dargestellt sind die Befestigungselemente, die durch die Hülsen 32 gesteckt werden können und dazu dienen, eine Flächenpressung zwischen den Befestigungsplatten 31 des Befestigungsschlittens 3 und den korrespondierenden Flächen 23 des FVK-Strebenkörpers 2 zu erzeugen. Mittels der Flächenpressung wird dort eine Reibpaarung erzeugt, durch die eine entlang der Längsachse des des FVK-Strebenkörpers 2 wirkende Betriebskraft übertragen werden kann. Übersteigt die Betriebskraft eine vorbestimmte Schwellkraft, so reicht die von der Reibpaarung übertragbare Kraft nicht mehr aus, um den Befestigungsschlitten 3 relativ ortsfest zu halten und dieser beginnt sich in Richtung der Krafteinwirkung respektive in Richtung der Nuten 21 zu bewegen, wie es in der Figur zu erkennen ist. Bei der Bewegung brechen die Nuten 21 entsprechend aus. Dabei bleibt die Integrität des FVK-Strebenkörpers 2 im Wesentlichen erhalten, da die Nut 21 nur so dick ausgeführt ist, dass diese eine Sollbruchstelle bildet und keine weitere Rissausbreitung im FVK-Strebenkörper 2 vorgesehen ist. Bei der Bewegung des Befestigungsschlittens 3 wird Energie mit zweierlei Prinzipien dissipiert; erstens durch Gleitreibung zwischen den Befestigungsplatten 31 des Befestigungsschlittens 3 und den korrespondierenden Flächen 23 des FVK-Strebenkörpers 2 und zweitens durch den Bruch der Nuten 21. Sowohl die Schwellkraft als auch die dissipierbare Energiemenge können durch Einstellen der Flächenpressung durch einstellbare Befestigungselemente, das durch die Hülsen 32 des Befestigungsschlittens 3 gesteckt wird, und durch die Dicke bzw. Breite der Nuten 21 bestimmt werden. Bei der Einstellung der Schwellkraft ist darauf zu achten, dass für den FVK-Strebenkörper 2 bei dieser Schwellkraft noch keine Knickgefahr besteht. Sinkt nun die Belastung wieder unter die Schwellkraft so kommt der Befestigungsschlitten 3 wieder relativ zum Stillstand, wobei wieder die Betriebkraft in beiden Richtungen der Längsachse übertragen werden kann, da die Reibpaarung auch nach dem Verschieben des Befestigungsschlittens 3 zur Kraftübertragung geeignet ist, was eine „Notlaufeigenschaft” darstellt.
Eine weitere Ausführungsform eines FVK-Strebenkörpers 2 zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen Strukturbauteil 1 mit Energieabbaufunktion ist in 3 dargestellt. Hierbei ist parallel zu den zwei Wänden des FVK-Strebenkörpers, die durch die kurzen Kanten des Rechteckquerschnitts gebildet werden, eine Zwischenwand 24 angeordnet, die zudem in einer Ebene mit den Durchgangsöffnungen 22 liegt. Ein so ausgestalteter FVK-Strebenkörper weist Vorteile in Bezug auf die relevanten Flächenträgheitsmomente als auch in Bezug auf seine Sicherheit gegen Knicken auf.
In 4 ist ein Strukturbauteil 1 mit Energieabbaufunktion mit dem in 3 dargestellten FVK-Strebenkörper 2 gezeigt. Es weist zwei Befestigungsschlitten 3 auf, wobei einenends des FVK-Strebenkörpers ein relativ ortsfester Befestigungsschlitten, der in Durchgangsöffnungen 22 eingeführt ist, und anderenends ein Befestigungsschlitten 3, der in den Nuten 21 geführt wird, vorliegt. Die Zwischenwand 24 ist dafür vorgesehen durch Bruch Energie zu dissipieren. Setzt sich der in den Nuten 21 geführte Befestigungsschlitten auf beschriebene Art in Bewegung, so wird dabei Energie nicht nur durch Gleitreibung zwischen den Befestigungsplatten 31 des Befestigungsschlittens 3 und den korrespondierenden Flächen 23 des FVK-Strebenkörpers 2 und den Bruch der Nuten 21 dissipiert, sondern der Bruch der Zwischenwand 24 nimmt zusätzliche Energie auf, wodurch noch größere Energiemengen dissipiert werden können.
Ferner kann es vorgesehen sein, was figurativ nicht dargestellt ist, dass sich die Zwischenwand 24 nicht über die volle Länge des FVK-Strebenkörpers 2 erstreckt, sondern nur über einen Teil. Hierbei kann vorteilhaft sein, wenn entlang der Nuten 21 keine Zwischenwand 24 vorliegt bzw. die Zwischenwand 24 erst in Richtung einer Kraftwirkung entlang der Längsachse des FVK-Strebenkörpers am Ende der Nuten 21 beginnt. Dadurch ist beispielsweise eine gestufte Energiedissipation möglich und es kann dadurch sichergestellt werden, dass der Befestigungsschlitten am Ende der Nuten relativ zum Stehen kommt.
5 zeigt eine Detailansicht eines in einen FVK-Strebenkörper 2 mit Zwischenwand 24 eingeführten Befestigungsschlittens 3. Der Befestigungsschlitten 3 weist zwei parallle und durch zwei Hülsen 32 beabstandete Befestigungsplatten 31 auf, die an korrespondierenden Außenflächen 23 des FVK-Strebenkörpers 2 anliegen. Die Hülsen 32 sind hierbei in Bohrungen 33 in den Befestigungsplatten 31 eingeführt, wobei diese verschieb- und verdrehbar sind, wodurch eine mittels einer nicht figurativ dargestellten Befestigungseinrichtung, die durch die Hülsen gesteckt wird, aufgebrachte Axialkraft auf die Befestigungsplatten 31 übertragen werden kann. Hierdurch kann dann die Flächenpressung in der beschriebenen Reibpaarung erzeugt werden, die entsprechend der zu übertragenden Betriebskraft dimensioniert sein kann.

Claims

Strukturbauteil (1) mit Energieabbaufunktion das einen FVK-Strebenkörper (2) und zumindest eine Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung aufweist dadurch gekennzeichnet, dass – die Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung ein ein verschiebbarer Befestigungsschlitten (3) ist, – im FVK-Strebenkörper (2) zumindest eine Nut (21) vorliegt, in der der Befestigungsschlitten (3) geführt ist, und die dazu ausgebildet ist, unter einer mittels des Befestigungsschlittens (3) in Längsrichtung der Nut (21) aufgebrachten Kraft, die größer als eine vorbestimmte Schwellkraft ist, auszubrechen, wobei der Befestigungsschlitten (3) in Richtung der Krafteinwirkung verschiebbar ist, und – im Strebenkörper (2) entlang der Längsachse eine Zwischenwand (24) vorliegt, die durch die Längsachse der zumindest einen Durchgangsöffnung (22) verläuft und dazu ausgebildet ist, um unter Einwirkung einer Kraft, die größer ist als die Schwellkraft, auszubrechen.
Strukturbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsschlitten (3) zumindest eine Hülse (32) aufweist und gegenüberliegende Befestigungsplatten (31).
Strukturbauteil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – der FVK-Strebenkörper (2) zumindest zwei beabstandet gegenüberliegende Wände (23) und zumindest eine Durchgangsöffnung (22) umfasst, die sich durch die Wände (23) erstreckt, – an den Außenflächen der Wände (23) die dem FVK-Strebenkörper zugewandten Flächen der Befestigungsplatten des Befestigungsschlittens (3) anliegen, – die Durchgangsöffnung (22) im FVK-Strebenkörper (2) die zumindest eine Hülse (32) des Befestigungsschlittens (3) aufnimmt, – die zumindest eine Nut (21) zumindest auf einer der Außenflächen der Wände (23) des FVK-Strebenkörpers (2) in Verlängerung der zumindest einen Durchgangsöffnung (21) entlang einer Längsachse des FVK-Strebenkörpers (2) angeordnet ist.
Strukturbauteil (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsschlitten (3) mehrteilig ist, wobei die zumindest eine Hülse (32) in korrespondierende Öffnungen (33) in den Befestigungsplatten (31) zumindest verschiebbar oder verschieb- und verdrehbar eingeführt ist.
Strukturbauteil (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass – durch die zumindest eine Hülse (32) des Befestigungsschlittens (3) je eine Befestigungseinrichtung gesteckt ist, die dazu ausgebildet ist eine Axialkraft auf die Befestigungsplatten (31) auszuüben.
Strukturbauteil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Befestigungseinrichtung eine Schraube, eine Niete oder ein federbelastetes Befestigungselement ist, und/oder – die Axialkraft der Befestigungseinrichtung einstellbar ist.
Strukturbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitungs- und Befestigungseinrichtung zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff besteht.
Strukturbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zwischenwand (24) und/oder der zumindest zwei gegenüberliegenden voneinander beabstandeten Wände (23) im Bereich von 0,5 bis 5 mm liegt.
Kraftfahrzeug mit zumindest einem Strukturbauteil (1), dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Strukturbauteil (1) ein erfindungsgemäßes Strukturbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.