-
Die Erfindung betrifft ein Schweller für eine Fahrzeugkarosserie mit wenigstens einem ein- oder mehrteiligen, metallischen Profilteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Eine Schwellervorrichtung, auch Schweller genannt ist Teil einer selbsttragenden Fahrzeugkarosserie und setzt sich in der Regel aus mehreren Profilteilen zusammen, so dass ein geschossener Querschnitt entsteht. Dem Schweller kommt bei einem Seitenaufprall eine wichtige Bedeutung zu, da dort die Aufprallenergie gezielt abgebaut werden muss. Daher darf die Schwellervorrichtung nicht zu steif sein, um die entsprechende Aufprallenergie abbauen zu können, aber andererseits muss die Intrusionstiefe möglichst gering sein, um einen möglichst großen Überlebensraum für Fahrzeuginsassen zu erhalten.
-
Aus der
DE 10 2009 057 734 A1 ist ein gattungsbildender Schweller bekannt, der als Trägerteil einer Trägerstruktur einer Fahrzeugkarosserie bereichsweise mit einem Verstärkungsteil aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) versehen ist. Dieses Verstärkungsteil dient dazu, im Übergang von unterschiedlichen Hohlquerschnitten der Schwellervorrichtung auch eine ausreichende Steifigkeit im Bereich des kleineren Querschnitts der Schwellervorrichtung sicherzustellen.
-
Ferner beschreibt die
DE 10 2006 032 472 A1 ein Cabriolet-Fahrzeug, bei welchem ein Türausschnitt mit wenigstens einem Verstärkungsteil aus faserverstärktem Kunststoff versehen ist. Dabei ist das Verstärkungsteil so ausgebildet, dass die A-Säule türausschnittsseitig U-förmig umgriffen wird.
-
Ferner ist es auch möglich, dass das Verstärkungsteil nur an der Außenseite des Schwellers angeordnet ist, wobei es in Fahrzeughochrichtung an die unebene Kontur des Schwellers angepasst ist. Schließlich wird auch vorgeschlagen, das Verstärkungselement so auszubilden, dass es von oben den Schweller unter Anpassung an dessen Kontur sowohl teilweise die innenliegende Seite als auch teilweise die außenliegende Seite des Schwellers umgreift. Als Nachteil eines solchen Verstärkungselementes kann angesehen werden, dass die Herstellung eines solchen Verstärkungselementes aufwändig ist und daher auch zu hohen Herstellungskosten der zugehörigen Karosserie führt.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Schweller der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem die Intrusion bei einem Frontal- oder Seitenaufprall wesentlich vermindert wird.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schweller mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
-
Ein solcher Schweller für eine Fahrzeugkarosserie mit wenigstens einem ein- oder mehrteiligen, metallischen Profilteil, wobei das Schweller mit einem aus faserverstärktem Kunststoff hergestellten Verstärkungsteil ausgebildet ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass auf der dem Fahrgastinnenraum der Fahrzeugkarosserie zugewandten Innenseite des Schwellers bereichsweise wenigstens ein in Profilrichtung des Profilteils verlaufender Verstärkungsstreifen als Verstärkungsteil angeordnet ist, wobei die Wandstärke des Verstärkungsstreifens in etwa der ebenen Innenseite entspricht.
-
Ein solcher Schweller führt insbesondere im Fahrzeugkarosserieleichtbau, wenn bspw. dieser Schweller aus Aluminium hergestellt wird, zu verbesserten Crash-Eigenschaften. Da bei dem erfindungsgemäßen Schweller der aus faserverstärktem Kunststoff hergestellte Verstärkungsstreifen auf der dem Fahrgastinnenraum zugewandten Seite des Schwellers angeordnet ist, entsteht bei einem Seiten- oder Frontallaufprall aufgrund des wesentlichen höheren Elastizitätsmoduls und der wesentliche höheren Festigkeit gegenüber Aluminium, insbesondere bei Verwendung von CFK als faserverstärktem Kunststoff eine wesentlich geringere Verformung in Richtung der Fahrgastzelle, d. h. dass auch die Intrusion wesentlich geringer ist als ohne einen solchen Verstärkungsstreifen.
-
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schwellers liegt darin, dass selbst bei einem die Zerstörung des Verstärkungsstreifens bewirkenden Aufprall aufgrund der besseren Crash-Eigenschaften von FVK-Bauteilen gegenüber Aluminium, nämlich der höheren Energieaufnahme die Intrusionstiefe wesentlich geringer ist als ohne Verstärkungsstreifen.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Profilteil mit mehreren gegeneinander abgesetzten und in Fahrzeughochrichtung orientierten Seitenflächen ausgebildet, wobei jeweils ein an die in Profilrichtung verlaufende Kontur der Seitenflächen angepasster ebener Verstärkungsstreifen auf den Seitenflächen angeordnet ist. Somit sind mehrere solcher ebenen Verstärkungsstreifen formschlüssig auf diesen Seitenflächen angeordnet und tragen zu einer wesentlichen Versteifung des Schwellers bei, die einer Verformung in Richtung des Fahrgastinnenraumes hohen Widerstand entgegensetzt.
-
Eine höhere Festigkeit wird weiterbildungsgemäß dadurch erreicht, dass der Verstärkungsstreifen durch Verwendung eines unidirektionalen Gewebes mit einem streifenförmigen Zuschnitt hergestellt ist.
-
Die aus faserverstärktem Kunststoff hergestellten Verstärkungsstreifen können mittels einer Klebeverbindung oder mittels einer Nietverbindung mit dem Schweller kraftschlüssig verbunden werden.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Schweller werden durch das Aufbringen wenigstens eines Verstärkungsstreifens auf der Innenseite des Schwellers die idealen Crash-Eigenschaften des faserverstärkten Kunststoffes, insbesondere bei Verwendung eines Faserkunststoffverbundes genutzt. Die Auswahl der Faser, ob also Basalt, Glas, Kohlenstoff, Aramid- oder Polyamidfaser usw. verwendet wird, erfolgt belastungs- und kostengerecht.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Schwellervorrichtung einer Fahrzeugkarosserie,
-
2 eine Schnittdarstellung des Schnittes I-I gemäß 1,
-
3 eine schematische Darstellung des Details A gemäß 2 zur Darstellung einer Nietverbindung, und
-
4 eine schematische Darstellung des Details A gemäß 3 in einer alternativen Ausführung.
-
Die 1 und 2 zeigen einen Schweller 1 als Karosserieteil einer Fahrzeugkarosserie 10, welche aus einem Profilteil 2 aus Aluminium mit mehreren Kammern aufgebaut ist, so dass ein Mehrkammerprofil gebildet wird. In Richtung der Fahrgastzelle, also in Richtung des Fahrgastinnenraums 4 der Fahrzeugkarosserie 10 ist gemäß 1 die Schwellervorrichtung 1 über ein Bodenblech an zwei Querträger 7 und 8 angebunden. Ferner zeigt 1 die Situation eines Seitenaufpralls mit einem Pfahl 6, der vom Außenraum 5 in die Schwellervorrichtung 1 intrudiert.
-
Der Schnitt I-I der Schwellervorrichtung 1 gemäß 2 zeigt das mehrkammrige Profilteil 2 mit einer dem Fahrgastinnenraum 4 zugewandten Innenseite 2a, die zwei gegeneinander abgesetzte Seitenflächen 2b und 2c aufweist.
-
Auf diesen Seitenflächen 2b und 2c ist jeweils ein Verstärkungsstreifen 3 und 3a aus einem CFK-Werkstoff flächenschlüssig angeordnet, wobei die Breite dieser Verstärkungsstreifen 3 und 3a im Wesentlichen der Breite in z-Richtung (Fahrzeughochachse) dieser Seitenflächen 2b und 2c entspricht.
-
Aus 1 ist ersichtlich, dass mit solchen Verstärkungsstreifen 3 und 3a bei einem Pfahlaufprall nur eine geringe Intrusion der Schwellervorrichtung 1 in Richtung des Fahrgastinnenraums 4 bewirkt wird.
-
Die möglichen Verbindungsarten der Verstärkungsstreifen 3 und 3a sind in den 3 und 4 dargestellt.
-
Gemäß 3 können die bspw. aus einem CFK-Werkstoff fertig hergestellten, also auch ausgehärteten Verstärkungsstreifen 3 und 3a mittels Blindnieten 9 mit der Seitenfläche 2b bzw. 2c des Profilteils 2 verbunden werden.
-
Gemäß 4 kann die Verbindung der Verstärkungsstreifen 3 und 3a mit der Seitenfläche 2b bzw. 2c auch dadurch hergestellt werden, dass zunächst unausgehärtete CFK-Prepregs 3' auf die Seitenflächen 2b und 2c aufgebracht werden und beim Aushärten des Profilteils 2 zusammen mit den Prepregs 3' das Harz sich unter Wärmezufuhr zunächst verflüssigt und anschließend unter Bildung einer Klebeverbindung mit dem Aluminium des Profilteils 2 verfestigt.
-
Zur Herstellung der Verstärkungsstreifen 3 und 3a wird ein unidirektionales Gelege mit streifenförmigem Zuschnitt verwendet, bei dem alle Fasern in eine Richtung, nämlich in x-Richtung orientiert sind, wodurch sich ein besonders hohes Elastizitätsmodul und eine hohe Festigkeit erzielen lässt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schweller
- 2
- Profilteil
- 2a
- Innenseite des Profilteils 2
- 2b
- innere Seitenfläche des Profilteils 2
- 2c
- inneren Seitenfläche des Profilteils 2
- 3
- Verstärkungsteil, Verstärkungsstreifen
- 3a
- Verstärkungsteil, Verstärkungsstreifen
- 3'
- unausgehärtetes Prepreg des Verstärkungsstreifens 3, 3a
- 4
- Fahrgastinnenraum
- 5
- Außenraum der Fahrzeugkarosserie 10
- 6
- Pfahl
- 7
- Querträger
- 8
- Querträger
- 9
- Blindniet
- 10
- Fahrzeugkarosserie
