DE102013214717A1

DE102013214717A1 - Biegeträger aus faserverstärktem Kunststoff einer Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102013214717A1
Application number: DE201310214717
Authority: DE
Inventors: Jyrki Majamäki
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2015-01-29

Abstract

Ein Biegeträger aus faserverstärktem Kunststoff einer Fahrzeugkarosserie mit einem Sollbiegebereich ist erfindungsgemäß an seiner von einer Biegekrafteinwirkung abgewandten Fläche mit einer Zugbahn gestaltet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Biegeträger aus faserverstärktem Kunststoff einer Fahrzeugkarosserie mit einem Sollbiegebereich. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Biegeträgers sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Biegeträger.
Biegeträger aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoff zeigen als Einbauelement bzw. Bauteil einer Fahrzeugkarosserie bei Biegebelastung ein sprödes Bruchverhalten. Bei faserverstärktem Kunststoff handelt es sich um einen weitgehend nicht duktilen Werkstoff, der im Gegensatz zu beispielsweise Metall bereits bei kleinen Verformungen zu lokalen Schäden am Bauteil neigt. So entstehen z. B. Risse oder die Struktur des Biegeträgers verliert an Integrität. Dieses Problem trifft insbesondere bei Biegeträgern auf, die als Schweller oder Säule einer Fahrgastzelle bei einem Seitenaufprall an der Fahrzeugkarosserie besonders biegebeansprucht sind.
Eine Kraft-Weg-Linie eines Biegeträgers aus faserverstärktem Kunststoff ist typischerweise stark abfallend nach einem initialen Peak. Metall, insbesondere Stahl, nimmt hingegen große Verformung weitgehend ohne Risse auf und bietet bei Biegung über den zugehörigen Biegeweg hinweg deutlich mehr Widerstand.
Ein Biegeträger, der bei Biegung versagt, verliert aber zugleich die Tragfähigkeit für Schärbelastung und Integrität. Es könnten auch Risse am Biegeträger entstehen, die im Inneren der Fahrgastzelle gegebenenfalls sogar zu Verletzungen der dortigen Insassen führen könnten.
Erfindungsgemäß ist ein Biegeträger aus faserverstärktem Kunststoff einer Fahrzeugkarosserie mit einem Sollbiegebereich gestaltet, der an seiner von einer Biegekrafteinwirkung abgewandten Fläche mit einer Zugbahn gestaltet ist. Als Zugbahn wird dabei ein weiteres Element bzw. Bauteil am Biegeträger verstanden, das speziell auf eine Zugbelastung ausgelegt, angepasst bzw. konstruiert ist. Die derartige Zugbahn kann vorteilhaft als aufgeklebte Schicht oder als ein an oder in das Harzmaterial des faserverstärkten Kunststoffs gebettetes dünnwandiges bzw. flächiges Element gestaltet sein.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann der derart gestaltete Biegeträger bei einer Biegebelastung höhere Kräfte aufnehmen und verliert dennoch nicht komplett seine Integrität. Die Fasern des Biegeträgers separieren sich nicht voneinander. Die Kraft-Weg-Linie des erfindungsgemäßen Biegeträgers nimmt einen konstanteren, weniger sprunghaften Verlauf an. Der Biegeträger leitstet einen höheren Widerstand über eine größere Umlenkung. Zugleich hält sich das Gesamtgewicht der derartigen Anordnung in Bezug auf die mit Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff angestrebte Gewichtseinsparung in Grenzen.
Die erfindungsgemäße Zugbahn ist vorzugsweise mit metallischem Werkstoff gestaltet. Dieser Werkstoff weist, wie oben erläutert, eine hohe duktile Verformbarkeit auf und kann zugleich hohe Zugkräfte ohne Rissbildung aufnehmen.
Dabei ist vorteilhaft die Zugbahn als Biegelasche gestaltet. Eine solche Biegelasche ist speziell auf eine Verformung als Biegung ausgelegt. Dazu ist sie vorteilhaft mit einer Rippen- oder Wabenstruktur gestaltet, die bei Biegung zusätzlichen Energieabbau leistet. Alternativ ist die Zugbahn gezielt als Schwenkscharnier gestaltet. Ein solches Schwenkscharnier knickt bei Biegung definiert in einem Schwenkbereich bzw. an einer Schenkachse und stellt damit eine klar definierte und klar lokalisierte Verformung bereit.
Der Sollbiegebereich des erfindungsgemäßen Biegeträgers ist als eigenständige Erfindung oder auch vorteilhaft als Weiterbildung des oben genannten erfindungsgemäßen Biegeträgers an seiner der Biegekrafteinwirkung zugewandten Fläche mit einer Sollbruchstelle bzw. einem Trigger gestaltet.
Mit der Sollbruchstelle wird eine auf den Biegeträger aufgebrachte Biegelast auf einen Bereich lokalisiert bzw. getriggert, an dem dann spezielle Maßnahmen zur Aufnahme und zum Abbau der eingebrachten Biegeenergie vorgesehen sein können. Insbesondere kann in diesem Bereich dann eine Zuglasche vorgesehen sein, wie sie oben erläutert worden ist. Zugleich wird mit der Sollbruchstelle gezielt eine Stelle am Biegeträger definiert, an der dieser dann Energieabbau, beispielsweise auch mittels Rissbildung, leistet.
Der Sollbiegebereich ist ferner vorzugsweise an seiner der Biegekraftstoffwirkung zugewandten Fläche mit einer Profilierung gestaltet. Unter Profilierung wird dabei eine profilartige, mit Nuten und/oder Stegen versehene Querschnittsstruktur des Biegeträgers entlang seiner Längserstreckung verstanden. Mit der Profilierung und insbesondere auch mit einer entsprechenden Gestaltung der Querschnittsform des Faserverbundes des Biegeträgers kann dieser gezielt durch Stauchen bzw. Crushen dieser Profilstruktur einen größeren Widerstand und eine größere Energieaufnahme leisten.
Darüber hinaus ist der Sollbiegebereich vorteilhaft an mindestens einer seiner Seitenflächen mit einer Profilierung gestaltet. Diese Wirkung der erfindungsgemäß vorteilhaften Profilstruktur ist auch an Seitenflächen des Biegeträgers besonders zu bevorzugen.
Die Erfindung ist entsprechend auch auf eine Verwendung eines derartigen erfindungsgemäßen Biegeträgers als B-Säule einer Fahrgastzelle gerichtet. Die Erfindung sieht auch vor, einen solchen erfindungsgemäßen Biegeträger speziell als Schweller einer Fahrgastzelle zu verwenden. Dementsprechend ist gemäß der Erfindung auch speziell ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Biegeträger gestaltet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Biegeträgers anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Biegeträgers,
2 die Seitenansicht II in 1,
3 den Schnitt III-III in 1 und
4 die Ansicht gemäß 1 bei starker Biegebelastung des Biegeträgers.
Ein in den 1 bis 4 dargestellter Biegeträger 10 einer weiter nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie erstreckt sich im Wesentlichen geradlinig entlang einer Längsachse 12. Quer zu der Längsachse 12 wirkt auf den Biegeträger 10 während des Betriebs des zugehörigen Fahrzeugs und insbesondere bei einem unfallbedingten Aufprall eine Biegekrafteinwirkung, die in 1 mittels eines Pfeils 14 dargestellt ist. Eine solche Biegekrafteinwirkung könnte einen herkömmlichen Biegeträger derart schädigen, dass dieser spontan splittert und seine gesamte Integrität verliert.
Beim vorliegenden Biegeträger 10 ist hingegen gezielt ein Sollbiegebereich 16 ausgebildet, an dem der Biegeträger 10 in der Lage ist, höhere Biegekräfte auch durch Verformung aufzunehmen, ohne dabei vollkommen seine Struktur zu verlieren.
Als eine erste Maßnahme weist der Biegeträger 10 dabei am Sollbiegebereich 16 an einer der Biegekrafteinwirkung 14 abgewandten Fläche 18 eine Zugbahn 20 in Form eines Schwenkscharniers auf. Alternativ zu einem Schenkscharnier kann auch eine Biegelasche dort vorgesehen sein. Das Schwenkscharnier ist mit einer ersten, im Wesentlichen rechteckigen Scharnierfläche 22 gestaltet, die vollflächig an der Fläche 18 anliegt und an dieser ortsfest haftend angeklebt und/oder angeschraubt bzw. angenietet ist. Neben der Scharnierfläche 22 befindet sich eine Schwenkachse 24, an die dann eine ebenfalls an der Fläche 18 ortsfest angebrachte zweite Scharnierfläche 26 anschließt. Die Schwenkachse 24 ermöglicht es den Scharnierfläche 22 und 26, dass diese grundsätzlich relativ zueinander schwenken können.
Die derartige Zugbahn 20 in Form des Schwenkscharniers erhält die Integrität des Biegträgers 10 selbst bei einer sehr starken Biegebelastung gerade an der von der Biegekrafteinwirkung abgewandten Fläche 18 aufrecht, was insbesondere in 4 zu erkennen ist.
Als weitere Maßnahme zum Ausbilden des Sollbiegebereichs 16 am Biegeträger 10 ist an einer der Biegekrafteinwirkung 28 zugewandten Fläche 28 des Biegträgers 10 sowie an dessen Seitenflächen 30 eine Sollbruchstelle 32 ausgebildet. Die Sollbruchstelle 32 ist mit einer Profilierung 34 an der Fläche 28 sowie je einer Profilierung 36 an den Seitenfläche 30 gebildet. Diese Profilierungen 34 und 36 weisen am Querschnitt 38 des Biegeträgers 10 je zwei längsgestreckte Nuten 40 auf, zwischen denen jeweils Stege 42 verbleiben. Die Nuten 40 werden dabei von der Fläche 28 ausgehend zur Fläche 18 hin, also von der der Biegekrafteinwirkung zugewandten Seite des Biegeträgers 10 zu dessen von der Biegekrafteinwirkung abgewandten Seite hin, immer kürzer. Entsprechend nimmt auch die mit den Nuten 40 erzielte Schwächung des Querschnitts 38 von der der Biegekrafteinwirkung zugewandten Seite des Biegeträgers 10 zu dessen von der Biegekrafteinwirkung abgewandten Seite immer mehr ab.
Wie insbesondere nochmals in 4 zu erkennen ist, ist mit den derartigen Profilierungen 34 und 36 des Querschnitts 38 erreicht, dass sich der Biegeträger 10 bei einer sehr starken Biegekrafteinwirkung 14 an der der Biegekrafteinwirkung 14 zugewandten Seite vergleichsweise stark verformen und entsprechend viel Energie aufnehmen kann. An der der Biegekrafteinwirkung 14 abgewandten Seite ist der Biegeträger 14 hingegen vergleichsweise steif gestaltet und insbesondere mittels der Zugbahn 20 zusätzlich auf Zugbelastung stabilisiert. Insgesamt erhält der Biegeträger 10 damit auch bei hoher Biegelast seine Integrität und kann zugleich hohe Energieeinträge mittels Verformung kompensieren.
Bezugszeichenliste

10: Biegeträger
12: Längsachse
14: Pfeil (Biegekrafteinwirkung)
16: Sollbiegebereich
18: der Biegekrafteinwirkung abgewandte Fläche
20: Zugbahn in Form eines Schwenkscharniers
22: erste Scharnierfläche
24: Schwenkachse
26: zweite Scharnierfläche
28: der Biegekrafteinwirkung zugewandte Fläche
30: Seitenfläche
32: Sollbruchstelle
34: Profilierung an der zugewandten Fläche
36: Profilierung an der Seitenfläche
38: Querschnitt
40: Nut
42: Steg

Claims

Biegeträger (10) aus faserverstärktem Kunststoff einer Fahrzeugkarosserie mit einem Sollbiegebereich (16), der an seiner von einer Biegekrafteinwirkung (14) abgewandten Fläche (18) mit einer Zugbahn (20) gestaltet ist.
Biegeträger nach Anspruch 1, bei dem die Zugbahn (20) mit metallischem Werkstoff gestaltet ist.
Biegeträger nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zugbahn (20) als Biegelasche gestaltet ist.
Biegeträger nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zugbahn (20) als Schwenkscharnier gestaltet ist.
Biegeträger (10) aus faserverstärktem Kunststoff einer Fahrzeugkarosserie mit einem Sollbiegebereich (16), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Sollbiegebereich (16) an seiner der Biegekrafteinwirkung (14) zugewandten Fläche (28) mit einer Sollbruchstelle (32) gestaltet ist.
Biegeträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Sollbiegebereich (16) an seiner der Biegekraftstoffwirkung (14) zugewandten Fläche (28) mit einer Profilierung (34) gestaltet ist.
Biegeträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Sollbiegebereich (16) an mindestens einer seiner Seitenflächen (36) mit einer Profilierung (36) gestaltet ist.
Verwendung eines Biegeträgers (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als B-Säule einer Fahrgastzelle.
Verwendung eines Biegeträgers (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Schweller einer Fahrgastzelle.
Kraftfahrzeug mit einem Biegeträger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.