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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Schweller mit einem sich längserstreckenden Hohlraum.
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Bei Frontaufprallfällen von Personenkraftwagen, bei denen ein Vorderrad frontal auf den Schweller schlägt, muss an der Aufprallstelle eine ausreichende Festigkeit vorhanden sein, um das Vorderrad zu stützen und um ggf. Auflagerreaktionen zu erzeugen, durch welche die Felge zerstört wird. Es ist bekannt, den Schweller dazu in einem vorderen Bereich z.B. mittels eines metallischen Längsschott zu verstärken. Ein Versagen findet dann dort statt, wo die Verstärkung aufhört. Die Kräfte oder Lasten werden dabei auf ungünstige Weise in eine Bodengruppe eingeleitet, was eine Integrität einer Fahrgastzelle gefährdet.
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Aus der
DE 10 2005 041 894 A1 ist bereits ein Kraftfahrzeug mit einem Schweller mit einem sich längserstreckenden Hohlraum bekannt, in dem zumindest abschnittsweise ein Verstärkungselement angeordnet ist. Das Verstärkungselement kann aus einem Faserverbundmaterial bestehen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere einen verbesserte Kraft- bzw. Lastübertrag in und von einem Schweller bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Schweller für ein Kraftfahrzeug mit einem sich längserstreckenden Hohlraum, wobei in dem Hohlraum zumindest abschnittsweise mindestens ein Rohr aus faserverstärktem Kunststoff untergebracht ist. Dieser Schweller weist den Vorteil auf, dass das Rohr eine Verstärkung des Schwellers bei gleichzeitig gezielt in Lage und Länge einstellbarem Kraftübertrag auf eine Wand des Hohlraums bereitgestellt. Der Schweller kann also so verstärkt werden, dass er eine ausreichende Festigkeit aufweist, um das Vorderrad zu stützen und um ggf. Auflagerreaktionen zu erzeugen. Gleichzeitig kann der Kraftübertrag gezielt über ein Vorhandensein, eine Länge und eine Position einer Befestigung des mindestens einen Rohrs mit der Wand eingestellt werden. Zudem sind Rohre aus faserverstärktem Kunststoff einfach herzustellen und zu formen und darüber hinaus leicht und preiswert.
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Dabei ist das mindestens eine Rohr in einem zu einem Vorderrad weisenden Vorderabschnitt des Schwellers frei (d.h. ohne Befestigung) untergebracht und in einem an den Vorderabschnitt anschließenden Hinterabschnitt an einer Wand des Hohlraums befestigt. Dadurch tritt in dem Vorderabschnitt kein Kraftübertrag von dem mindestens einen Rohr auf die Wand des Hohlraums auf, und es wird so ermöglicht, dass der Schweller dort deformiert und somit das mindestens eine Rohr noch parallel gestaucht wird. Dadurch wiederum wird verhindert, dass ein großflächiges Versagen mit geringer Energieabsorption, wie es bei einem einfachen Stahl-CFK-Verbund der Fall ist, stattfindet. Erst im anschließenden Hinterabschnitt wird von dem mindestens einen Rohr Kraft auf die Wand des Hohlraums ausgeübt, welche aber bereits durch die vorangegangene Deformation verringert ist. Zudem kann ein Kraftübertrag von dem mindestens einen Rohr auf die Wand mittels einer in Längserstreckung ausgedehnten Befestigung verteilt werden, so dass ein konzentrierter Lastübertrag und damit eine lokale Deformation vermieden werden können. Das mindestens eine Rohr ist zu seiner Befestigung an einer Wand des Hohlraums befestigt. Dadurch kann ein direkter Kraftübertrag auf die Wand erreicht werden. Insbesondere ist so auch ein besonders hoher Kraftübertrag realisierbar.
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Das mindestens eine Rohr ist in einem Aufnahmebereich des Hohlraums untergebracht ist, dessen rückwärtige Stirnseite durch ein Schott gebildet wird. Dies erlaubt eine Begrenzung der Rohre auf einen praktisch sinnvollen Abschnitt des Schwellers. Das Schott ist ein Schrägschott, was einen Übergang von einem verstärkten Bereich in einen unverstärkten Bereich und damit auch eine Änderung der Steifigkeit des Schwellers weniger abrupt gestaltet. Dies wiederum vergleichmäßigt eine Lastübertragung auf eine Bodengruppe und beugt deren Schädigung vor.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der faserverstärkte Kunststoff ein kohlenfaserverstärkter Kunststoff (CFK) ist und das mindestens eine Rohr mindestens ein CFK-Rohr umfasst. Jedoch können auch andere faserverstärkte Kunststoffe wie glasfaserverstärkte Kunststoffe verwendet werden.
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Unter einem Rohr kann grundsätzlich jeder längliche Hohlkörper verstanden werden. Eine Querschnittsform ist dabei grundsätzlich beliebig und mag beispielsweise kreisförmig, oval, rechteckig, trapezartig oder freigeformt sein. Auch mag sich die Größe und/oder Form des Querschnitts über die Länge des Rohrs ändern. Auch mag das Rohr in Längserstreckung geradlinig sein, oder das Rohr mag z.B. gekrümmt sein, z.B. mehrfach gekrümmt, z.B. wellenartig gekrümmt.
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Es ist noch eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung, dass mindestens ein Rohr an einem zwischen dem Rohr und einem Seitenrahmen angeordneten Verstärkungselement befestigt ist. Das Verstärkungselement mag insbesondere eine Torsion zwischen A-Säule und B-Säule verringern. Das Verstärkungselement mag insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere CFK, bestehen. Das Verstärkungselement mag beispielsweise lagenförmig sein. Das Verstärkungselement wiederum mag an dem Seitenrahmen befestigt sein, z.B. mittels einer Verklebung über einen oder mehrere Klebebereiche.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der Längsträger und der Seitenrahmen mantelseitig den Hohlraum bzw. dessen Wand bilden. Der Seitenrahmen mag beispielsweise ein Metall/Faser-Verbundbauteil sein, z.B. ein Stahl/CFK-Verbundbauteil. Der Seitenrahmen mag an dem Längsträger angeklebt, angeschweißt usw. sein.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass mehrere Rohre nebeneinander (z.B. übereinander) in dem Hohlraum untergebracht sind. So kann eine besonders hohe Verstärkung auf einfache Weise erreicht werden. Dabei kann eine Größe (Länge, Breite usw.) und/oder Querschnittsform der Rohre gleich oder unterschiedliche sein.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass zumindest benachbarte Rohre aneinander befestigt sind. Dies ermöglicht eine Kraftübertragung zwischen den Rohren und begünstigt insgesamt eine verstärkte Kraftübertragung auf eine Wand des Hohlraums.
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Es ist ferner eine Ausgestaltung, dass befestigte Rohre verklebt sind. Die Nutzung einer Verklebung bzw. eines Haftmittels zur Befestigung ermöglicht eine besonders großflächige Kraftübertragung, z.B. bewirkt durch eine große Länge einer Klebenaht. Durch die großflächige Kraftübertragung, insbesondere große Länge, wird wiederum eine verteilte Kraftübertragung bewirkt, was einem möglichen Versagen bei stark lokalisierter Kraftübertragung (z.B. einer Bodengruppe) vorbeugt. Darüber hinaus braucht bei einer Klebebefestigung kein Loch in die Röhre eingebracht zu werden, was deren Kraftfluss verschlechtern würde. Ferner ist so eine besonders einfach umsetzbare Befestigung auf kleinem Raum möglich.
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Jedoch ist die Befestigung nicht auf eine Verklebung beschränkt und mag z.B. eine kraft- und/oder formschlüssige Befestigung umfassen, beispielsweise mittels einer Klemmung, Verrastung, Verschraubung usw.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass das mindestens eine Rohr ein Flechtrohr, insbesondere CFK-Flechtrohr, ist. Ein Flechtrohr weist den Vorteil auf, dass es vergleichsweise stabil gegenüber einer seitlich Belastung ist und z.B. nicht so schnell einknickt wie ein nicht geflochtenes Rohr. Alternativ mag das Rohr beispielsweise ein gewickeltes Gelege sein. Jedoch sind auch andere Herstellungsarten möglich, z.B. spritzgegossene Rohre oder extrudierte Rohre.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt in einer Ansicht schräg von der Seite einen Ausschnitt einer Karosserie eines Pkw mit einem Schweller;
- 2 zeigt in Seitenansicht einen detaillierteren Ausschnitt aus 1; und
- 3 zeigt den Schweller im Querschnitt.
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1 zeigt in einer Ansicht schräg von der Seite einen Ausschnitt einer Karosserie 1 eines Pkw 2 mit einem Schweller 3. Der Schweller 3 ist als ein länglicher Hohlkörper ausgebildet, welcher in Längsrichtung des Pkw 2 ausgerichtet ist. Der Schweller 3 wird durch einen Längsträger 4 und einen darauf aufgesetzten Seitenrahmen 5 (siehe 3) gebildet und weist einen sich längserstreckenden Hohlraum 6 auf (siehe 3). Der Seitenrahmen 5 mag beispielsweise als Hybridbauteil aus einem faserverstärkten Stahlprofil bestehen. Ein frontseitiger oder vorderer Abschluss 7v des Schwellers 3 befindet sich hinter einem Vorderrad (o.Abb.). Der Schweller 3 zieht sich nach hinten bis über den gezeigten Ausschnitt hinaus bis zu einem rückwärtigen oder hinteren Abschluss 7r. Der Schweller 3 und der Längsträger 4 können beispielsweise einen Teil einer Bodengruppe darstellen.
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In dem Schweller 3 bzw. in dem Hohlraum 6 ist eine Aufnahme 8 zur Aufnahme zweier nebeneinander angeordneter, sich längserstreckender Rohre aus faserverstärktem Kunststoff, nämlich zweier CFK-Flechtrohre 9 und 10, ausgebildet. Die Aufnahme 8 ist vorderseitig durch den vorderen Abschluss 7v und rückwärtig durch ein Schrägschott 11 begrenzt. Die CFK-Flechtrohre 9 und 10 sind aufeinanderliegend angeordnet mit einen oberen CFK-Flechtrohr 9 und einem unteren CFK-Flechtrohr 10. Die CFK-Flechtrohre 9 und 10 reichen, ggf. mit geringem Spiel, bis zu dem vorderen Abschluss 7v bzw. bis zu dem Schrägschott 11. Die CFK-Flechtrohre 9 und 10 weisen eine gleiche, trapezartige Grundform mit abgerundeten Ecken auf, wobei sich die Winkel und Längen der Seiten im Querschnitt leicht unterscheiden können.
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In einem vorderseitigen Vorderabschnitt 12 der Aufnahme 8 bzw. des Schwellers 3 liegen die CFK-Flechtrohre 9 und 10 frei, also ohne weitere Befestigung, in der Aufnahme 8. In einem sich daran rückwärtig anschließenden Hinterabschnitt 13 der Aufnahme 8 befindet sich zwischen den CFK-Flechtrohren 9 und 10 und dem Seitenrahmen 5 eine CFK-Verstärkung 14. Die CFK-Verstärkung 14 zieht sich hier von ca. der Mitte der CFK-Flechtrohre 9 und 10 nach hinten bis über das Schrägschott 11 hinaus und dient dazu, eine Torsion zwischen einer A-Säule und einer B-Säule des Pkw 2 zu verringern.
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2 zeigt in Seitenansicht einen detaillierteren Ausschnitt aus 1. Zusätzlich zu der CFK-Verstärkung 14 sind noch außenseitig daran angebrachte Klebeverbindungen 15 zur Befestigung der CFK-Verstärkung 14 an dem Seitenrahmen 5 gezeigt.
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3 zeigt den Schweller 3 in einem in 2 eingezeichneten Schnittebene A-A im Querschnitt mit Blick rückwärtig in Längserstreckung des Schwellers 3. Die CFK-Flechtrohre 9 und 10 sind mittels eines Haftvermittlers 16 an ihrer Kontaktfläche miteinander verbunden. Jedes der CFK-Flechtrohre 9 und 10 ist mittels eines Haftvermittlers 17 über eine vorbestimmte Länge in Längserstreckung mit dem Längsträger 4 als einer Wand des Schwellers 3 bzw. dessen Hohlraums 6 verklebt. Der Haftvermittler 17 kann beispielsweise als eine Klebenaht vorliegen. Auf der gegenüberliegenden Seite sind die CFK-Flechtrohre 9 und 10 mittels eines Haftvermittlers 18 mit der CFK-Verstärkung 14 verbunden, welche selbst über den Haftvermittler bzw. die Klebeverbindungen 15 mit dem Seitenrahmen 14 als einer weiteren Wand des Schwellers 3 bzw. dessen Hohlraums 6 verbunden sind.
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Durch die CFK-Flechtrohre 9 und 10 wird der Vorderabschnitt 12 im Bereich der Aufnahme 8 verstärkt. Bei einem Frontaufprall, bei denen das Vorderrad frontal auf den Schweller 3, z.B. auf dessen vorderen Abschluss 7v, schlägt, weist der Vorderabschnitt 12 folglich eine ausreichende Festigkeit auf, um das Vorderrad zu stützen und um ggf. Auflagerreaktionen zu erzeugen. Da die CFK-Flechtrohre 9 und 10 in dem Vorderabschnitt 12 nicht mit dem Längsträger 4 verklebt sind und also frei untergebracht sind, tritt auch kein Kraftübertrag von den CFK-Flechtrohren 9 und 10 auf den Längsträger 4 auf. Dadurch wird es ermöglicht, dass sich der Schweller 3 bzw. der Seitenrahmen 5 und ggf. der Längsträger 4 durch Falten deformieren können und die CFK-Flechtrohre 9 und 10 parallel gestaucht werden. So wird verhindert, dass ein großflächiges Versagen mit geringer Energieabsorption stattfindet (wie es bei einem einfachen Stahl-CFK-Verbund der Fall ist). Der Vorderabschnitt 12 kann also insbesondere als ein Aufprallbereich oder Deformationsbereich des Schwellers 3 angesehen werden.
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Erst im Hinterabschnitt 13 sind die CFK-Flechtrohre 9 und 10 mit dem Längsträger 4 und, über die CFK-Verstärkung 14, mit dem Seitenrahmen 5 verklebt. Eine in dem Hinterabschnitt 13 auf die CFK-Flechtrohre 9 und 10 und damit auf den Längsträger 4 und den Seitenrahmen 5 ausgeübte Kraft ist durch die vorher stattfindende Deformation des Vorderabschnitts 12 bereits verringert. Zudem ist ein Lastübertrag von den CFK-Flechtrohren 9 und 10 auf den Längsträger 4 und ggf. den Seitenrahmen 5 aufgrund der in Längserstreckung ausgedehnten Verklebung verteilt, so dass ein konzentrierter Lastübertrag und damit eine lokale Deformation vermieden werden können. Die Konzentration des Lastübertrags auf eine den Längsträger 4 und den Seitenrahmen 5 aufweisende Bodengruppe kann also durch eine Position und eine Länge mindestens eines Haftvermittlers, insbesondere des Haftvermittlers 17 zur Verbindung mit dem Längsträger 4, gezielt eingestellt werden. Das Vorsehen des Schrägschotts 11 verringert in Längserstreckung einen Sprung in der Steifigkeit und damit in der Lastübertragung und folglich einen krafttechnisch weicheren Übergang von einem verstärkten Bereich (der Aufnahme 8) zur hinteren Struktur.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das gezeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Karosserie
- 2
- Pkw
- 3
- Schweller
- 4
- Längsträger
- 5
- Seitenrahmen
- 6
- Hohlraum
- 7v
- vorderer Abschluss des Schwellers
- 7r
- hinterer Abschluss des Schwellers
- 8
- Aufnahme
- 9
- oberes CFK-Flechtrohr
- 10
- unteres CFK-Flechtrohr
- 11
- Schrägschott
- 12
- Vorderabschnitt der Aufnahme
- 13
- Hinterabschnitt der Aufnahme
- 14
- CFK-Verstärkung
- 15
- Klebeverbindung
- 16
- Haftvermittler
- 17
- Haftvermittler
- 18
- Haftvermittler
- A
- Schnittebene
