DE102012203888A1

DE102012203888A1 - Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102012203888A1
Application number: DE201210203888
Authority: DE
Inventors: Erich Brem; Franz-Peter Behrendt; Horst-Dieter Ullrich; Michael Brauch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-09-19

Abstract

Es ist eine Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie in Schalenbauweise mit einer Außen- und einer Innenschale bekannt, die mit zumindest einem Verstärkungsbauteil versteift ist. Das Verstärkungsbauteil besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff und ist flächig mit einer der Schalen verklebt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie zu schaffen, die eine hohe Steifigkeit aufweist und auf einfache Weise gefügt werden kann.
Erfindungsgemäß weist eine Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie ein Blechbauteil (1) auf, das mit einem flächig daran angebrachten Verstärkungsbauteil (7) aus einem Faserverbund-Werkstoff versteift ist. Das Verstärkungsbauteil (7) weist zumindest eine Ausnehmung (8) auf. Das Blechbauteil (1) ist im Bereich der Ausnehmung (8) mit einem konventionellen Fügeverfahren mit einem anderen Blechbauteil (4) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 003 190 A1 ist eine Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie in Schalenbauweise mit einer Außen- und einer Innenschale bekannt, die mit zumindest einem Verstärkungsbauteil versteift ist. Das Verstärkungsbauteil besteht aus einem faserverstärkten Kunststoff und ist flächig mit einer der Schalen verklebt. Besonders geeignet sind kohlefaserverstärkte Kunststoffe.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie zu schaffen, die eine hohe Steifigkeit aufweist und auf einfache Weise gefügt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist eine Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie ein Blechbauteil auf, das mit einem flächig daran angebrachten Verstärkungsbauteil aus eifern Faserverbund-Werkstoff versteift ist. Das Verstärkungsblech weist zumindest eine Ausnehmung auf. Das Blechbauteil ist im Bereich der Ausnehmung mit einem konventionellen Fügeverfahren mit einem anderen Blechbauteil verbunden.
Das Blechbauteil mit dem Verstärkungsbauteil weist eine hohe Steifigkeit auf, die deutlich über der Steifigkeit des unverstärkten Blechbauteils liegt. Allerdings können derartige Hybridbauteile normalerweise nicht mehr mit im Karosseriebau üblichen, konventionellen Fügeverfahren, wie zum Beispiel Punktschweißen, mit anderen Bauteilen im Bereich des Verstärkungsbauteils verbunden werden. Durch das Vorsehen von Ausnehmungen können diese konventionellen Fügetechniken nun auch bei einem solchen Hybridbauteil auch im Bereich des Verstärkungsbauteils zum Einsatz kommen. Bisher konnten Hybridbauteile nur mit anderen Bauteilen verklebt und/oder vernietet werden. Die Festigkeit einer Klebe- und/oder Nietverbindung ist jedoch eingeschränkt. Auch sind die Kosten dieser Verbindungstechniken relativ hoch. Eine Integration in eine klassische Rohbau-Fertigungslinie ist sehr schwierig. Durch das erfindungsgemäße Aussparen des Verstärkungsbauteils können klassische, kostengünstige Fügetechniken, wie zum Beispiel Schweißverbindungen, verwendet werden. Die Integration in eine klassische Rohbau-Fertigungslinie ist problemlos möglich.
Bevorzugt bestehen die Blechbauteile aus einem schweißbaren Eisenwerkstoff. Das gängigste konventionelle Fügeverfahren zur Verbindung zweier schweißbarer Blechbauteile ist das Punktschweißen. Dieses Schweißverfahren ist mit Abstand am weitesten im Karosseriebau verbreitet. Die beiden Blechbauteile können nun auch im Bereich des Verstärkungsbauteils an der zumindest einen Ausnehmung mit einer Punktschweißzange miteinander verschweißt werden. Idealerweise ist dabei die Größe und Form der Ausnehmung im Verstärkungsbauteil so auf Punktschweißzange abgestimmt, dass die Punktschweißzange durch die Ausnehmung hindurchgreifen und die beiden Blechbauteile miteinander verschweißen kann. Die Ausnehmung ist dabei so klein als möglich. Damit wird das Verstärkungsbauteil durch die zumindest eine Ausnehmung so wenig wie möglich geschwächt. Das Hybridbauteil ist so einerseits auch im Bereich des Verstärkungsbauteils punktverschweißbar, andererseits weist es eine größtmögliche Steifigkeit auf.
Das Verstärkungsbauteil kann aus einem Glasfaser-verstärkten, einem Aramidfaser-verstärkten oder einem Kohlefaser-verstärkten Kunststoff bestehen. Glasfaser-verstärkte Kunststoffe sind ein kostengünstiger und dennoch sehr hochwertiger Faser-Kunststoff-Verbund. Verglichen mit Faser-Kunststoff-Verbunden aus anderen Verstärkungsfasern hat der glasfaserverstärkte Kunststoff ein relativ niedriges Elastizitätsmodul. Aramidfasern zeichnen sich durch eine sehr hohe Festigkeit, ein hohe Schlagzähigkeit, eine hohe Bruchdehnung sowie eine gute Schwingungsdämpfung aus. Allerdings sind sie sehr teuer in der Herstellung und kommen daher meist nur bei sehr hohen Beanspruchungen zum Einsatz. Kohlefasern werden vor allem verwendet, wenn hohe gewichtsspezifische Festigkeiten und Steifigkeit gefordert sind. Günstigerweise besteht das Verstärkungsbauteil aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, da im Karosseriebau stets sehr auf das Gesamtgewicht der Karosserie geachtet werden muss, um den Kraftstoffverbrauch möglichst gering zu halten, und eine bestmögliche Fahrdynamik zu gewährleisten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
1 einen Schnitt durch ein Verstärkungsblech eines Seitenschwellers nahe bei einer Anbindung eines Verstärkungsblechs einer B-Säule und
2 einen Schnitt durch ein Verstärkungsblech eines Seitenschwellers bei einer Anbindung eines Verstärkungsblechs einer B-Säule.
In 1 ein Verstärkungsblech 1 eines Seitenschwellers einer Kraftfahrzeugkarosserie dargestellt. Der Seitenschweller erstreckt sich in Fahrzeuglängsrichtung x und bildet die seitliche, untere Begrenzung einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs. Er besteht in Schalenbauweise aus einer Innenschale und einer Außenschale, die einen gemeinsamen Hohlraum umschließen. Die Innenschale und die Außenschale sind über einen oberen und einen unteren Flansch miteinander verbunden. In dem Hohlraum ist das Verstärkungsblech 1 angeordnet. Es ist in Fahrzeughöhenrichtung z gesehen über einen oberen Verbindungsabschnitt 2 mit dem oberen Flansch und über einen unteren Verbindungsabschnitt 3 mit dem unteren Flansch verbunden.
Das Verstärkungsblech 1 weist zwischen den beiden Verbindungsabschnitten 2 und 3 einen C-förmigen Querschnitt auf, dessen offene Seite in Fahrzeugquerrichtung y gesehen der Fahrzeugmitte zugewandt ist. Das Verstärkungsblech 1 besteht aus einem gut schweißbaren Stahlblech. Im Bereich einer B-Säule ist das Verstärkungsblech 1 mit einer Säulenverstärkung 4 verschweißt. Die Säulenverstärkung 4 besteht ebenfalls aus einem gut schweißbaren Stahlblech. Sie ist mit ihrem unteren Endbereich mit dem Seitenschweller verbunden ist. Dabei ist der unterste Abschnitt 5 der Säulenverstärkung 4 zur Fahrzeugmitte hin abgewinkelt und umgreift den C-förmigen Abschnitt des Verstärkungsblechs 1 des Seitenschwellers. Das Verstärkungsblech 1 und die Säulenverstärkung 4 sind durch mehrere Schweißpunkte 6 miteinander verbunden. Die Schweißpunkte 6 liegen in Fahrzeuglängsrichtung x hintereinander.
Bei einem Seitencrash wird der Seitenschweller insbesondere im Bereich der Anbindung der B-Säule stark belastet. Daher ist es wichtig, dass der Seitenschweller insbesondere im Bereich der Anbindung der B-Säule eine hohe Steifigkeit aufweist. Deshalb ist das Verstärkungsblech 1 des Seitenschwellers zumindest im Bereich der Anbindung der B-Säule mit einem Verstärkungsbauteil 7 aus einem Faserverbund-Werkstoff flächig versteift. Das Verstärkungsbauteil 7 liegt flächig im C-förmigen Abschnitt des Verstärkungsblechs 1 an und erstreckt sich in Fahrzeuglängsrichtung x in beiden Richtungen etwas über den Anbindungsbereich der B-Säule hinaus. Es weist ebenfalls einen C-förmigen Querschnitt auf, der an den C-förmigen Abschnitt des Verstärkungsblechs 1 angepasst ist. Das Verstärkungsbauteil 7 ist fest mit dem Verstärkungsblech 1 verbunden, sodass das Verstärkungsblech 1 zusammen mit dem Verstärkungsbauteil 7 ein außerordentlich steifes Hybridbauteil bildet.
Das Verstärkungsbauteil 7 besteht aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, damit es einerseits die Steifigkeit maßgeblich erhöht und andererseits ein möglichst geringes Gewicht aufweist. Zur Herstellung des Hybridbauteils aus dem Verstärkungsblech 1 und dem Verstärkungsbauteils 7 werden sogenannte „Prepregs” in den C-förmigen Abschnitt des Verstärkungsblechs 1 eingelegt und mit diesem verbacken. „Prepreg” ist die englische Kurzform für „preimpregnated fibres”, zu deutsch: ”vorimprägnierte Fasern”. Die „Prepregs” bestehen aus Endlosfasern und einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix aus einer Mischung von Harz und Härter. Die Endlosfasern können als reine•unidirektionale Schicht, als Gewebe oder Gelege vorliegen. Zum Verbacken eignet sich die Heißpresstechnik oder die Autoklavtechnik. Bei beiden Techniken erhöht sich durch den Druck der Faservolumenanteil. Mit der Autoklavtechnik sind die besten Qualitäten herstellbar. Durch die Kombination von Druck und Unterdruck entstehen Bauteile mit sehr geringen Lufteinschlüssen. Erst beim Verbacken entsteht das eigentliche Verstärkungsbauteil 7. Zugleich entsteht auch eine feste Verbindung mit dem Verstärkungsblech 1.
Das Herstellen des Hybridbauteils aus dem Verstärkungsblech 1 und dem Verstärkungsbauteils 7 erfolgt im Rahmen einer Vorfertigung, bevor es in der eigentlichen Rohbau-Fertigung mit der Säulenverstärkung 4 verschweißt wird. Damit das Verstärkungsblech 1 mit dem Verstärkungsbauteil 7 überhaupt mit der Säulenverstärkung 4 verschweißt werden kann, weist das Verstärkungsbauteil 7 im Bereich der Schweißpunkte 6 jeweils eine Ausnehmung 8 auf. Durch diese Ausnehmung 8 kann eine Punktschweißzange hindurchgreifen und das Verstärkungsblech 1 mit der Säulenverstärkung 4 auf konventionelle Weise punktverschweißen. Es kann also trotz des Verstärkungsbauteils 7 in Bereich der Verschweißung ein konventionelles Punktschweißverfahren eingesetzt werden, das eine hohe Festigkeit der Verbindung gewährleistet. Zudem kann die Verbindung sehr schnell und kostengünstig hergestellt werden. Die Ausnehmungen 8 sind dabei so klein wie möglich dimensioniert, sodass die Punktschweißzange gerade so prozesssicher hindurchgreifen kann. Die Ausnehmungen 8 weisen eine runde Form auf und befinden sich mitten im Verstärkungsbauteil 7. Sie beeinträchtigen die Steifigkeit des Verstärkungsbauteils 7 und damit des Hybridbauteils aus dem Verstärkungsblech 1 mit dem Verstärkungsbauteil 7 nur geringfügig.
Das flächig am Verstärkungsblech 1 angebrachte Verstärkungsbauteil 7 aus einem Faserverbund-Werkstoff erhöht also in hohem Maße die Steifigkeit des Verstärkungsblechs 1 und damit des Seitenschwellers. Dennoch kann ein konventionelles Punktschweißverfahren zum Verbinden des Verstärkungsblechs 1 mit einem anderen Karosseriebauteil auch im Bereich der Verstärkungsbauteils 7 eingesetzt werden, weil das Verstärkungsbauteil 7 entsprechende Ausnehmungen 8 aufweist, durch die eine Punktschweißzange hindurchgreifen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004003190 A1 [0002]

Claims

Baugruppe einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einem Blechbauteil (1), das mit einem flächig daran angebrachten Verstärkungsbauteil (7) aus einem Faserverbund-Werkstoff versteift ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsbauteil (7) zumindest eine Ausnehmung (8) aufweist, wobei das Blechbauteil (1) im Bereich der Ausnehmung (8) mit einem konventionellen Fügeverfahren mit einem anderen Blechbauteil (4) verbunden ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechbauteile (1, 4) aus einem schweißbaren Eisenwerkstoff bestehen.
Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Blechbauteile (1, 4) im Bereich der zumindest einen Ausnehmung (8) mit einer Punktschweißzange miteinander verschweißt sind.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe und Form der Ausnehmung (8) so auf die Punktschweißzange abgestimmt ist, dass die Punktschweißzange durch die Ausnehmung (8) hindurchgreifen kann, die Ausnehmung (8) aber so klein als möglich ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsbauteil (7) aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff besteht.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Verstärkungsbauteil (7) versteifte Blechbauteil (1) ein Verstärkungsblech eines Seitenschwellers ist, das in einem Hohlraum zwischen einer Innenschale und einer Außenschale des Seitenschwellers angeordnet ist.
Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblech sich in Fahrzeuglängsrichtung (x) erstreckt und im Querschnitt gesehen einen C-förmigen Querschnitt aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblech im Bereich der Anbindung einer B-Säule an den Seitenschweller mit einer Säulenverstärkung punktverschweißt ist.
Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Säulenverstärkung ein Blechbauteil (4) aus einem Eisenwerkstoff ist, das sich zur Verstärkung der B-Säule über die gesamte Höhe der B-Säule erstreckt.
Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblech zumindest im Bereich der Anbindung der B-Säule mit einem Verstärkungsbauteil aus einem Faserverbund-Werkstoff flächig versteift ist, wobei das Verstärkungsbauteil zumindest eine Ausnehmung (8) zum Hindurchgreifen der Punktschweißzange aufweist.