DE102012016389A1

DE102012016389A1 - Fahrzeugträger aus Faserverbundwerkstoff

Info

Publication number: DE102012016389A1
Application number: DE201210016389
Authority: DE
Inventors: Markus Volkmer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Bisherige Fahrzeugträger, die aus einem Faserverbundwerkstoff und Metall bestehen, sind einteilig miteinander vergossen. Dadurch verschlechtert sich die Maßhaltigkeit der Bauteile. Aus diesem Grund wird der Fahrzeugträger (3) aus mindestens einem Metallteil (11, 12) und einer Vielzahl von Faserverbundbauteilen (5, 6, 7, 8, 9) zusammengesetzt, die mittels Klebstoff, Schrauben, Nagelverbindungen oder Nieten verbunden werden. Dadurch können Toleranzabweichungen einfach ausgeglichen und der Fahrzeugträger (3) gewichtsoptimiert aufgebaut werden.

Description

Bisherige Fahrzeugträger, wie beispielsweise Längsträger, Querträger und Säulen oder auch Montageträger im Fahrzeug, die aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen, weisen metallene Einlegeteile auf. Die Einlegeteile werden vor dem Vergießen des Faserverbundes in das Werkzeug eingelegt und zusammen mit dem Faserverbund vergossen. Diese Einlegeteile dienen zur Verstärkung und zur Anbindung von weiteren Teilen an den Faserverbundwerkstoff.
Nachteilig hierbei ist, dass sich die Einlegeteile im Vergusswerkzeug verschieben und dann Probleme mit der Maßhaltigkeit der Bauteile auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es, leichte Fahrzeugträger aus Faserverbundwerkstoff derart aufzubauen dass sie in den Verbindungsbereichen zu anderen Tragstrukturen oder Montageteilen die gleichen duktilen Eigenschaften wie metallenen Fahrzeugträger aufweisen und leichter sind.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass der Fahrzeugträger aus mehreren Einzelteilen zusammengebaut wird. Die Einzelteile werden miteinander verklebt und/oder mechanisch verbunden z. B. durch Nieten, Nageln oder Schrauben. Dadurch können auch Metall-Knoten am Fahrzeugträger mit ausgebildet werden, die nicht mit dem Faserverbundwerkstoff vergossen sind. Hier werden die Komponenten aus Faserverbundwerkstoff der B-Säule oder eines anderen Trägers am Knotenteil angeklebt oder angenietet. Hierbei ist es von Vorteil, die Belastungsrichtung der Fügestellen zu berücksichtigen, so dass die Fügestellen keinen extremen Belastungen ausgesetzt sind und der Faserverbundwerkstoff nicht reißt. Zusätzlich werden die Einzelteile für Ihre jeweilige Aufgabe hinsichtlich Duktilität, Steifigkeit, Gewicht und Deformationseigenschaften optimiert. Auch können die Eigenschaften der Bauteile richtungsabhängig gestaltet werden, so dass dadurch eine weitere Gewichtsoptimierung erzielt werden kann.
Im Ausführungsbeispiel wird die Erfindung anhand einer B-Säule eines Mittelmotor-Sportwagens gezeigt. Jedoch können auch andere Karosserieträger mehrteilig mit optimierten Einzelteilen aufgebaut werden.
Es zeigen:
1: Zusammengesetzte B-Säule
2: Explosionszeichnung der Komponenten der beiden gegenüberliegenden B-Säulen
1 zeigt eine erfindungsgemäße aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzte B-Säule 3. Im Wesentlichen besteht die Säule 3 aus Faserverbundwerkstoff. Im Anbindungsbereich an andere Karosseriestrukturen oder Montageteile weist sie duktile Metallteile 11, 12 auf. Im Ausführungsbeispiel ist das B-Säule-Knotenteil 11 aus Metall-Druckguss und das Anbindungsteil 12 aus einem Metall-Strangpressprofil. An dem Anbindungsteil wird die B-Säule mit dem Hinterwagen verbunden, auch kann daran der Schließbügelträger befestigt werden und am B-Säulen-Knotenteil können weitere Karosserieträger wie Längs- oder Querträger befestigt werden. Bei den Metallteilen kann es sich um Strangpressprofile, Gussteile, aber auch um Blechprofile handeln, die als Anbindungsknoten dienen. Die Metallteile 11, 12 sind über mechanische Verbindungen 1, insbesondere Nieten, Nägel oder Schrauben mit der restlichen Faserverbundwerkstoff-B-Säule verbunden. Alternativ zum Faserverbundwerkstoff können auch andere Kunststoffe eingesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ sind auch Klebeverbindungen möglich. Der restliche Teil der Säule 6, 7, 8 und 9 ist durch die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) zumindest in der Hauptbelastungsrichtung bei einem Seitencrash starr und fest.
2 zeigt die Komponenten der rechten und linken B-Säule im Fahrzeug. So dass bei jeder Komponente die Innenseite und die seitenverkehrte Außenseite dargestellt ist. Die Säule 3 besteht aus einem vorderen Innenteil 6 und einem hinteren Innenteil 5. Diese Teile 6, 5 bestehen aus einem Faserverbundwerkstoff und sind richtungsabhängig unterschiedlich belastbar, insbesondere im Ausführungsbeispiel sind die Teile 6, 5 zu 66% quasiisotrop und 33% der Fasern sind in Z-Richtung ausgerichtet und somit für einen leichten Seitenaufprall optimiert. Ferner weist die dargestellte Säule ein Außenteil 8 und ein Oberteil 9 auf. Das Außenteil 8 besteht auch aus einem Faserverbundwerkstoff und ist zu 100% quasiisotrop. Das Oberteil 9 bestehen gleichfalls aus einem Faserverbundwerkstoff. Es weist eine quasiisotrope Fläche auf wobei die Geometrie des Profils richtungsabhängig in Y-Richtung wirkt. Zwischen den Innenteilen 6, 5 und dem Außenteil 8 befindet sich eine Säulenverstärkung 7. Diese besteht auch aus einem Faserverbundwerkstoff und ist zu 100% quasiisotrop. Zwischen den Innenteilen 6, 5 und dem Außenteil 8 ist auch ein Knotenteil 11 angeordnet. Das Knotenteil 11 dient einerseits zur Verbindung des Oberteils 9 an der restlichen B-Säule 3 und zur Anbindung des Gurtumlenkers und zur Anbindung der Säule 3 an den oberen Hinterwagenbereich. Das Knotenteil 11 ist aus Gewichtsgründen als Leichtmetall-Gussteil ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel wurde aufgrund der Duktilität ein Aluminium Gussteil verwendet. Ferner befindet sich zwischen den inneren Teilen 6, 5 und dem Außenteil 8 ein Metallprofil-Knoten 12, der zur Anbindung an den unteren Hinterwagenbereich und zur Gurtbefestigung dient. Dieses Teil kann sowohl als Strangpressprofil oder Gussteil ausgebildet sein.
Um die einzelnen Bestandteile 5, 6, 7, 8, 9, 11 und 12 zu verbinden, werden Klebstoff, Nieten und Schrauben verwendet. Insbesondere für die Klebverbindungen weisen die meisten Einzelteile 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12 Flansche 2 auf, an denen der Klebstoff aufgebracht werden kann.

Claims

Mehrteilig zusammengesetzter Fahrzeugträger (3) aus mindestens einem Metall-Einzelteil (11, 12) und mehreren Faserverbundwerkstoff-Einzelteilen (5, 6, 7, 8, 9) wobei – das Metall-Einzelteil (11, 12) mit dem Faserverbundwerkstoff-Einzelteil (5, 6, 7, 8, 9) mittels Klebstoff und/oder mechanische Verbindungen (1) verbunden ist und – das Metall-Einzelteil (11, 12) ein Verbindungsknoten ist, an dem am zusammengesetzten Fahrzeugträger (3) andere Fahrzeugträger angebracht werden.
Mehrteilig zusammengesetzter Fahrzeugträger (3) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugträger (3) eine Fahrzeugsäule ist.
Mehrteilig zusammengesetzter Fahrzeugträger (3) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Faserverbundwerkstoff-Einzelteile (5, 6, 7, 8, 9) Klebeflansche (2) aufweisen.
Mehrteilig zusammengesetzter Fahrzeugträger (3) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugträger (3) ein Längsträger ist.
Mehrteilig zusammengesetzter Fahrzeugträger (3) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugträger (3) ein Querträger ist.