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Die Erfindung betrifft ein Stützteil einer Fahrzeugkarosserie, das mit einer Hüllstruktur aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist und das mit Querkraft belastet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines derartigen Stützteils an einer Fahrzeugkarosserie.
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Fahrzeugkarosserien moderner Fahrzeuge sind unter anderem mit hohlen bzw. schalenförmigen Stützteilen bzw. Karosseriebauteilen gestaltet, deren Hüllstrukturen bzw. Außenschalen aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) gestaltet sind. Derartige Hüllstrukturen aus kohlefaserverstärktem Kunststoff sind vergleichsweise steif und weisen nur eine sehr geringe Duktilität auf. Wenn auf solche Hüllstrukturen etwa bei einem unfallbedingten Aufprall eine höhere Querkraft einwirkt, brechen bzw. splittern diese im Vergleich zu Karosserieteilen aus Metall vergleichsweise leicht. Entsprechend ist es im Vergleich zu Fahrzeugkarosserien aus Metall bei Fahrzeugkarosserien aus faserverstärktem Kunststoff auch schwieriger, diese ausreichend nachgiebig bzw. duktil zu gestalten. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer gezielt wegabhängigen Nachgiebigkeit solcher Stützteile. Um die Gefahr eines Brechens und gegebenenfalls Splitterns von derartigen Stützteilen zu verringern ist es bekannt, solche Stützteile mit einem Schaum auszuschäumen.
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Erfindungsgemäß ist ein Stützteil einer Fahrzeugkarosserie geschaffen, das mit einer Hüllstruktur aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist, mit Querkraft belastet ist und bei dem zwei Bereiche ausgebildet sind, von denen ein erster Bereich bei Einwirken der Querkraft verformbar ist und der zweite Bereich bei Einwirken der Querkraft diese Querkraft durch das Stützteil durchleitend gestaltet ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, ein Stützteil einer Fahrzeugkarosserie bzw. ein Karosseriebauteil bei dessen Herstellung bereichsweise mit einer hohen Drucksteifigkeit zu versehen. Gemäß der Erfindung ist dazu vorzugsweise im zweiten Bereich der Hüllstruktur ein die Drucksteifigkeit erhöhendes Inlet vorgesehen, während im ersten Bereich eine vergleichsweise wenig drucksteife Struktur verbleibt. Ein Stützteil derart nur in einem begrenzten Bereich mit einer höheren Drucksteifigkeit zu versehen, hat Vorteile im Hinblick auf die Gesamtkraftverteilung an der zugehörigen Fahrzeugkarosserie. Darüber hinaus ist mit dieser Gestaltung auch eine weitere Gewichtsoptimierung an der Fahrzeugkarosserie möglich. Schließlich ergeben sich auch mehr Möglichkeiten, Stützteile der Fahrzeugkarosserie, die bisher als separate Bauteile mit unterschiedlichen Drucksteifigkeiten gestaltet waren, in größere Integralbauteile zusammenzufassen. Dadurch ergeben sich weniger Nahtstellen mit weniger Klebungen und es entsteht demnach auch ein geringerer Montageaufwand.
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Die erfindungsgemäße Lösung steht auch im Gegensatz zu Konzepten, bei denen Karosseriebauteile aus faserverstärktem Kunststoff mittels Bauteilen aus Aluminium- oder Stahllegierungen ergänzt werden. Solche Konstruktionen erfordern einen größeren Herstellungsaufwand und können ferner gegebenenfalls zu Korrosionsproblemen führen.
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Der erste Bereich und der zweite Bereich des erfindungsgemäßen Stützteils ist vorteilhaft je als eine separate Kammer der Hüllstruktur gestaltet. Unter Kammer wird dabei ein Volumen verstanden, das als solches gegen die Umgebung fluiddicht abgeschlossen ist. Die derart separaten Kammern können einzeln mit einer zugehörigen Stützstruktur versehen werden. Als Stützstruktur können dabei insbesondere in dem ersten Bereich mit größerer Nachgiebigkeit bzw. Duktilität vorteilhaft Schäume verwendet werden, die in die dann derart separate Kammer des ersten Bereichs eingespritzt werden können.
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Dabei ist insbesondere der zweite Bereich mit einer Stützstruktur aus Kunststoff gefüllt. Gefüllt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Stützstruktur den zweiten Bereich volumenmäßig ausfüllt. Dabei ist es aber nicht zwingend, dass der zweite Bereich fluiddicht verschlossen, also etwa vom ersten Bereich der Stützstruktur fluiddicht getrennt ist. Es ist vielmehr auch vorteilhaft, wenn die derartige Stützstruktur vom ersten Bereich aus mit Material aus diesem Bereich, insbesondere einem Schaum, durchsetzt werden kann. Das derartige Material dringt also dann in beide Bereiche ein. Die Stützstruktur ist dazu bevorzugt mit mindestens einer Öffnung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich versehen, durch die das Material zwischen den Bereichen überströmen kann. Auf diese Weise kann im zweiten Bereich eine insbesondere mittels eines Füllschaums zusätzlich versteifte Stützstruktur vorgesehen werden.
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Die Stützstruktur ist vorzugsweise mit Waben gestaltet. Eine derartige Wabenstruktur weist bei geringem Raumgewicht eine hohe Steifigkeit auf. Ferner können die Innenräume der Waben vorteilhaft, wie oben erläutert zusätzlich mit Schaum gefüllt werden.
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Die Waben sind vorzugsweise mit Warenwänden gestaltet, die in Richtung des Einwirkens der Querkraft ausgerichtet sind. Die derartige Wabenstruktur weist insbesondere in Wirkrichtung der Querkraft eine besonders hohe Steifigkeit auf.
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Besonders bevorzug ist die Stützstruktur aus einem thermoplastischen Kunststoff gestaltet. Ein derartiger Kunststoff kann insbesondere mittels Spritzgießen in vielfältiger Formgestaltung kostengünstig verarbeitet werden.
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Wie oben bereits erwähnt ist ferner vorteilhaft der zweite Bereich des erfindungsgemäßen Stützträgers mit einem Schaum gefüllt. Ein solcher Schaum, der innerhalb des Stützträgers eine zusätzliche Stabilität und Steifigkeit bereitstellt, ist insbesondere aus Polypropylen (EPP) hergestellt.
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Die Erfindung ist ferner gezielt auf eine Verwendung eines derartigen erfindungsgemäßen Stützteils als Schweller der Fahrzeugkarosserie gerichtet. Bei Anwendung der Erfindung an einem Schweller ergibt sich insbesondere bei einem Seitencrash der Vorteil, dass der Schweller gezielt mit Bereichen unterschiedlicher Stabilität gestaltet werden kann, um insbesondere in Teilbereichen der zugehörigen Fahrgastzelle eine Verformung des Schwellers zuzulassen, während in anderen Teilbereichen die vom Seitencrash auf den Schweller einwirkende Querkraft durch den Schweller hindurch in Querträger geleitet werden kann, die sich in der Fahrzeugmitte neben dem Schweller befinden.
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Bei der derartigen Verwendung wird entsprechend besonders bevorzugt der erste Bereich des Stützteils seitlich neben einem Querträger einer Bodenstruktur der Fahrzeugkarosserie angeordnet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine teilweise aufgebrochene, perspektivische Ansicht eines Teils eines Ausführungsbeispiels einer Fahrzeugkarosserie gemäß der Erfindung mit deren Stützteil und Querträger,
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2 die Ansicht II in 1 in vergrößertem Maßstab,
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3 die Ansicht III in 2,
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4 eine perspektivische Ansicht einer Stützstruktur des Stützteils gemäß 1 bis 3 und
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5 eine teilweise aufgebrochene, perspektivische Ansicht des Stützteils gemäß 4 in dessen Einbausituation.
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Eine Fahrzeugkarosserie 10 ist mit einem Stützteil 12 in Gestalt eines Schwellers bzw. Seitenschwellers einer Fahrgastzelle der Fahrzeugkarosserie 10 gestaltet. Zu der Fahrgastzelle gehört ferner eine Bodenstruktur, von der ein Querträger 14 dargestellt ist. Das Stützteil 12 erstreckt sich im Wesentlichen längs einer Längsachse bzw. Hauptfahrtrichtung des zugehörigen Fahrzeugs, während der Querträger 14 im Wesentlichen quer zu dieser Richtung ausgerichtet ist.
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Das Stützteil 12 ist als ein im Wesentlichen länglicher Quader bzw. Balken mit einer äußeren Hüllstruktur 16 aus faserverstärktem Kunststoff, vorliegend kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK), gestaltet, die auch als Außenhaut des Stützteils 12 bezeichnet werden kann. Innerhalb von dieser Hüllstruktur 16 ist eine Stützstruktur 18 vorgesehen, die sich aber nur über einen Bereich 20 des Stützteils 12 erstreckt. Dieser Bereich 20 wird hier auch als zweiter Bereich des Stützteils 12 bezeichnet. Der Bereich 20 ist im Vergleich zu der Gesamtlänge des Stützteils 12 eher klein und erstreckt sich nur über etwa 1/10 von dieser Gesamtlänge. Auch hinsichtlich der Höhe erstreckt sich der Bereich 20 nur über einen Teile der Gesamthöhe des Stützteils 12 und deckt nur etwa 1/5 bis 1/6 dieser Gesamthöhe ab.
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Die Stützstruktur 18 ist aus thermoplastischem Kunststoff mittels Spritzgießen mit Waben 22 versehen, deren Wabenwände 24 quer zur Längserstreckung des Stützteils 12 ausgerichtet sind. Dabei sind über die Länge der Stützstruktur 18 ca. 7 und über dessen Höhe ca. 2 Waben 22 verteilt. Die Waben 22 sind mittels einer, bezogen auf die Querrichtung, etwa mittigen Platte 26 eingefasst bzw. eingerahmt, in der auch mehrere Öffnungen 28 vorgesehen sind.
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In einem restlichen Bereich 30 des Stützteils 12, der hier auch als erster Bereich bezeichnet wird, ist das Stützteil 12 innen mittels eines Schaums 32 aus EPP-Material ausgeschäumt. Der Schaum 32 erstreckt sich dabei in dem gesamten, nicht von der Stützstruktur 18 ausgefüllten Innenraum der Hüllstruktur 16 des Stützteils 12, also überall außerhalb des Bereichs 20. Dabei ist die Stützstruktur 18 und insbesondere deren Platte 26 von dem Schaum 32 ebenfalls eingeschäumt, der dabei auch in die Öffnungen 28 in der Platte 26 eindringt und diese durchsetzt. Damit ist die Stützstruktur 18 mittels des Schaums 32 ortsfest innerhalb der Hüllstruktur 16 des Stützteils 12 gehalten.
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Alternativ kann das Stützteil 12 auch derart ausgeschäumt sein, dass auch der Bereich 20 bzw. die Stützstruktur 18 zusätzlich mit Schaum 32 gefüllt ist.
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Der Schaum 32 dient dazu, in der Hüllstruktur 16 im ersten Bereich 30 eine im Vergleich zu einer ganz leeren bzw. hohlen Hüllstruktur 16 eine etwas größere Drucksteifigkeit bereit zu stellen. Diese Drucksteifigkeit beträgt insbesondere in Richtung 34 einer am Stützteil 12 wirkenden Querkraft bis zu ca. 450 g/l bei gleichzeitig einer gewissen Nachgiebigkeit.
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Im Bereich 20 ist hingegen mit Hilfe der dort ausgebildeten bzw. vorgesehen Stützstruktur 18 eine erheblich höhere Drucksteifigkeit von insbesondere mehr als 600 g/l, insbesondere von mehr als 750 g/l geschaffen, mittels der dann in Richtung 34 wirkenden Querkraft quer durch das Stützteil 12 hindurch insbesondere in den Querträger 14 geleitet werden kann, ohne dabei das Stützteil 12 nennenswert zu schädigen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeugkarosserie
- 12
- Stützteil in Gestalt eines Schwellers
- 14
- Querträger
- 16
- Hüllstruktur
- 18
- Stützstruktur
- 20
- zweiter Bereich
- 22
- Waben
- 24
- Wabenwand
- 26
- mutige Platte
- 28
- Öffnung in der Platte
- 30
- erster Bereich
- 32
- Schaum
- 34
- Richtung einer wirkenden Querkraft
