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Die Erfindung betrifft eine Trägerstruktur, insbesondere einen Integralträger für ein Kraftfahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Trägerstrukturen sind bekannt. Aus
DE 197 54 427 A1 geht ein einstückiger Integralträger hervor, der aus faserverstärktem Kunststoff besteht. Dieser Integralträger weist unter anderem zwei Längsträger und einen Querträger auf, wobei die beiden Längsträger durch den Querträger miteinander verbunden sind. Nachteilig bei dem Integralträger ist, dass eine Energieaufnahme bei Überbelastung stark limitiert ist, wodurch er bei einem Unfall eines den Integralträger aufweisenden Kraftfahrzeugs brechen kann, wobei er gegebenenfalls auch nicht mehr an der Karosserie des Kraftfahrzeugs gehalten wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Trägerstruktur für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die sich durch eine erhöhte Stabilität auszeichnet, wobei sie zugleich möglichst einfach und gewichtsparend ausgebildet ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Trägerstruktur, insbesondere ein Integralträger für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird.
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Die Trägerstruktur umfasst mindestens zwei Längsträger und mindestens einen Querträger, wobei die Längsträger durch den Querträger miteinander verbunden sind. Der mindestens eine Querträger umfasst mindestens einen, bevorzugt genau einen, faserverstärkten Kunststoff. Die Längsträger umfassen bevorzugt mindestens ein Metall oder mindestens eine Metalllegierung oder bestehen vorzugsweise aus einem der genannten Materialien. Bevorzugt besteht der mindestens eine Querträger aus mindestens einem, bevorzugt genau einem, faserverstärkten Kunststoff. Der mindestens eine faserverstärkte Kunststoff umfasst bevorzugt in eine Kunststoffmatrix eingebettete Fasern. Die Kunststoffmatrix umgibt die Fasern, die durch Adhäsiv- oder Kohäsivkräfte an die Matrix gebunden sind. Faserverstärkte Kunststoffe weisen in der Regel hohe spezifische Steifigkeiten und Festigkeiten auf. Ihre mechanischen und thermischen Eigenschaften können über eine Vielzahl von Parametern eingestellt werden. Insbesondere können ein bestimmtes Faser-Kunststoffmatrix-Verhältnis und bevorzugt zusätzlich die Faserwinkel, der Faservolumenanteil und die Schichtreihenfolge eingestellt werden.
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Die aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Teile des Querträgers, bevorzugt der ganze, aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Querträger ist/sind mittels eines „Resin Transfer Moulding”-Verfahrens, auch als RTM-Verfahren oder Spritzpressen bezeichnet, hergestellt. Dabei handelt es sich um ein Druck-Harzinjektionsverfahren zur Herstellung geschlossener Formen. Die mittels eines RTM-Verfahren hergestellten Querträger weisen eine konstante, hohe Laminatqualität auf. Mit diesem Verfahren können exakt definierte, insbesondere unterschiedliche Wandstärken aufweisende Profile, insbesondere Hohlräume aufweisende Querträger bereitgestellt werden.
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Durch die Verwendung eines faserverstärkten Kunststoff umfassenden Querträgers wird eine gewichtssparende Bauweise der Trägerstruktur ermöglicht. Insbesondere durch den Einsatz des faserverstärkten Kunststoffes ist es bei einer geringen Stückzahlfertigung möglich, die Werkzeugkosten gering zu halten. Somit ist auch die Produktion von geringen Stückzahlen wirtschaftlich. Durch den hybriden Aufbau der Trägerstruktur wird einerseits dem Leichtbaugedanken Rechnung getragen, das heißt das Gewicht wird reduziert. Andererseits wird durch die Metall umfassenden Komponenten, insbesondere aufgrund der Metall oder eine Metalllegierung umfassenden Längsträger eine gewisse vorteilhafte Steifigkeit bereitgestellt, wodurch bei einem Unfall auftretende Kräfte, insbesondere durch eine Deformation der das Metall oder die Metalllegierung umfassenden Längsträger, kompensiert werden können.
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Bevorzugt weist die Trägerstruktur mindestens zwei Längsträger und mindestens zwei Querträger auf, besonders bevorzugt besteht sie aus genau zwei Längsträgern und genau zwei Querträgern. Der mindestens eine Querträger ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er die Längsträger zumindest teilweise, bevorzugt zumindest im Bereich ihrer Enden umschließt. Eine solche Anordnung wird geschaffen, indem die mindestens zwei Längsträger in den noch formbaren, insbesondere fließfähigen faserverstärkten Kunststoff für den Querträger eingelegt werden.
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Bevorzugt ist der Querträger U-förmig ausgebildet.
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Die Längsträger sind bevorzugt aus einem Stahlrohr und/oder einem Aluminiumprofil gebildet, oder sie sind bevorzugt als Stahlrohr oder Aluminiumprofil ausgebildet.
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Es wird auch eine Trägerstruktur bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet ist, dass die mindestens zwei Längsträger zusätzlich mit mindestens einem Stabilisierungselement verbunden sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Trägerstruktur mindestens zwei, bevorzugt genau zwei Stabilisierungselemente umfasst.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei dem die mindestens zwei Längsträger und das mindestens eine Stabilisierungselement einstückig miteinander ausgebildet sind. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das mindestens eine Stabilisierungselement mit einem endständigen Abschnitt, insbesondere mit den Enden der mindestens zwei Längsträger form-, kraft-, reib- und/oder stoffschlüssig verbunden, insbesondere verschraubt, vernietet, verschweißt, verlötet und/oder verklebt.
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Besonders bevorzugt wird die Einheit aus den mindestens zwei Längsträgern und dem mindestens einen Stabilisierungselement von dem mindestens einen Querträger zumindest bereichsweise umschlossen.
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Es wird auch eine Trägerstruktur bevorzugt, die ein ein Profil oder Blech aus Metall umfassendes, vorzugsweise ein aus einem solchen Profil oder Blech bestehendes Stabilisierungselement aufweist. Bevorzugt ist das Metall Aluminium oder Stahl.
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Es wird auch eine Trägerstruktur bevorzugt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie mindestens einen Karosserie-Befestigungsbereich zur Befestigung der Trägerstruktur an einer Karosserie aufweist.
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Der mindestens eine Querträger weist jeweils mindestens einen, bevorzugt mindestens zwei, bevorzugt genau zwei Karosserie-Befestigungsbereiche auf. Dabei weist er in dem mindestens einen Karosserie-Befestigungsbereich vorzugsweise einen verbreiterten Querschnitt auf.
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Es wird auch eine Trägerstruktur bevorzugt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Karosserie-Befestigungsbereich als kreisrunde oder polygonale Öffnung ausgebildet ist.
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Es wird auch eine Trägerstruktur bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Karosserie-Befestigungsbereich sowohl an einem Längsträger als auch an dem Querträger vorgesehen ist, wobei er bevorzugt als Öffnung ausgebildet ist, die sowohl in dem Längsträger als auch in dem Querträger – vorzugsweise fluchtend – vorgesehen ist. Dadurch, dass sowohl an dem mindestens einen Querträger als auch an mindestens einem Längsträger Karosserie-Befestigungsbereiche angeordnet sind, ist es möglich, dass die Trägerstruktur bei einer Überbelastung, insbesondere bei einem Bruch des mindestens einen Querträgers am Kraftfahrzeug gehalten wird.
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Es wird eine Trägerstruktur bevorzugt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Querträger einen Hohlraum aufweist, indem ein Hartschaumkern angeordnet ist. Bevorzugt ist der Querträger als Hohlstruktur oder Hohlprofil ausgebildet, wobei er bevorzugt vollständig mit dem Hartschaumkern ausgefüllt ist. Besonders bevorzugt sind auch die Längsträger, die ebenfalls bevorzugt einen Hohlraum aufweisen, zumindest teilweise, insbesondere vollständig mit einem Hartschaumkern gefüllt. Der Hartschaumkern umfasst vorzugsweise einen energieabsorbierenden Schaum, welcher die Steifigkeit der Trägerstruktur erhöht. Zugleich wird bevorzugt ein Volllaufen von den Längsträgern umfasster Hohlräume mit der Kunststoffmatrix, auch Matrixwerkstoff genannt, des mindestens einen Querträgers verhindert. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Längsträger in ihren Endbereichen verquetscht, sodass keine Kunststoffmatrix des mindestens einen Querträgers beim Einlegen der Längsträger in den noch formbaren, insbesondere fließfähigen faserverstärkten Kunststoff eindringen kann.
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Demnach wird auch eine Trägerstruktur bevorzugt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest ein Längsträger an zumindest einem seiner Enden gequetscht ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein einen Hohlraum aufweisender Längsträger, zumindest an einem, bevorzugt an beiden Enden gequetscht ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Trägerstruktur, und
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2 eine schematische Darstellung eines Bestandteils eines weiteren Ausführungsbeispiels der Trägerstruktur.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Trägerstruktur, insbesondere eines Integralträgers 1. Dieser besteht aus zwei Längsträgern 3 und zwei Querträgern 5. Die Querträger 5 weisen einen hantelförmigen Grundkörper 6 auf, an dem zwei erste Karosserie-Befestigungsbereiche 7 vorgesehen sind. Im Bereich der ersten Karosserie-Befestigungsbereiche 7 weist der Querträger 5 in Richtung der Längsträger 3 Verlängerungen 8 auf, welche die Enden der Längsträger 3 umgreifen. Die Längsträger 3 sind hier bis zu den ersten Karosserie-Befestigungsbereichen 7 fortgeführt. Dabei zeigt sich, dass die ersten Karosserie-Befestigungsbereiche 7 hier als kreisrunde Öffnungen ausgebildet sind, welche mit einem ersten Öffnungsabschnitt die Querträger 5 und mit einem zweiten Öffnungsabschnitt die Längsträger 3 schneiden beziehungsweise deren Wandungen durchdringen. Dabei fluchtet vorzugsweise der erste Öffnungsabschnitt mit dem zweiten Öffnungsabschnitt, sodass der Integralträger 1 mithilfe eines ersten Karosserie-Befestigungsabschnitts 7 sowohl mit einem Querträger 5 als auch mit einem Längsträger 3 an einer Karosserie befestigt werden kann. Hierdurch wird der Integralträger 1 auch dann noch sicher an der Karosserie gehalten, wenn beispielsweise ein Querträger 5 aufgrund einer Überbelastung bei einem Unfall bricht.
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Zusätzlich befinden sich an dem rechten Querträger 5 zwei zweite Karosserie-Befestigungsbereiche 9. Die zweiten Karosserie-Befestigungsbereiche 9 sind hier ebenfalls als kreisrunde Öffnungen ausgebildet, die allerdings einen kleineren Durchmesser aufweisen als die ersten Karosserie-Befestigungsbereiche 7. Außerdem zeigt sich, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die zweiten Karosserie-Befestigungsbereiche 9 lediglich an dem rechten Querträger 5 angeordnet sind, ohne dass sie auch an den Längsträgern 3 vorgesehen sind. Die entsprechenden Öffnungen der zweiten Karosserie-Befestigungsbereiche 9 setzen sich also nicht in die Längsträger 3 fort, sodass der Integralträger 1 im Bereich der zweiten Karosserie-Befestigungsbereiche 9 ausschließlich mit dem Querträger 5 an einer Karosserie befestigt wird.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dritte Karosserie-Befestigungsbereiche ausschließlich an den Längsträgern 3 vorzusehen, sodass in deren Bereich der Integralträger 1 nur mit den Längsträgern 3 an einer Karosserie befestigt ist.
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2 zeigt einen Bestandteil einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Trägerstruktur, insbesondere des Integralträgers 1 für ein Kraftfahrzeug. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die zwei Längsträger 3 sind mit jeweils mit zwei Stabilisierungselementen 11 an deren Enden verbunden. Diese Anordnung aus zwei Längsträgern 3 und zwei Stabilisierungselementen 11 besteht bevorzugt aus ein und demselben Material, bevorzugt einem Metall oder einer Metalllegierung. Sie wird insbesondere im Bereich der Stabilisierungselemente 11 jeweils von einem Querträger 5 umschlossen.
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Insgesamt zeig sich, dass die Trägerstruktur 1 einerseits vergleichsweise leicht aufgebaut und andererseits sehr stabil ist. Damit wird insbesondere ein Verhalten bei Überbelastung, beispielsweise bedingt durch einen Unfall, im Vergleich zu einer aus Vollkunststoff ausgebildeten Trägerstruktur verbessert. Insbesondere aufgrund der ersten Karosserie-Befestigungsbereiche 7, welche sowohl an Längsträgern 3 als auch an Querträgern 5 angeordnet sind, verbleibt auch eine gebrochene Trägerstruktur 1 am Fahrzeug.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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