DE102013221168A1 - Bauteilanordnung - Google Patents

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Andreas Beil
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteilanordnung, umfassend ein erstes Bauteil (11) und ein zweites Bauteil (12), wobei mindestens ein Bauteil (11) mehrere Preforms (11i1, 11i2, 11a1, 11a2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsbereich (V) der beiden Bauteile (11, 12) mehrere Preforms (11i1, 11i2, 11a1, 11a2) des ersten Bauteils (11) ein Preform des zweiten Bauteils (12) überlappen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bauteilanordnung, umfassend ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil, wobei mindestens ein Bauteil mehrere Preforms aufweist.
  • Im heutigen Fahrzeugbau werden große Anstrengungen unternommen, um den Verbrauch der Fahrzeuge zu reduzieren. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Reduktion des Gesamtgewichts, da die Masse des Fahrzeugs, d. h. das Fahrzeuggewicht sich unmittelbar auf den Verbrauch auswirkt. Die verwendeten Materialien spielen eine maßgebliche Rolle, denn sie tragen nicht nur zum Bauteilgewicht sondern auch zur Bauteilsteifigkeit bei. In jüngster Zeit halten faserverstärkte Kunststoffe Einzug in den Fahrzeugbau. Bei diesen Materialien sind in einer Kunststoffmatrix aus Epoxidharz Verstärkungsfasern eingebettet. Große faserverstärkte Kunststoffbauteile, die im Fahrzeugbau als Strukturbauteile verwendet werden, sind aus mehreren Einzel-Preforms in einem Schuss hergestellt. Solche Preforms sind trockene Fasermatten, die in einem vorhergehenden Umformschritt endkonturnah beschnitten wurden und auf eine vorbestimmte Geometrie umgeformt wurden. Zur gewichtsoptimalen und verschnittreduzierten Fertigung sind verschiedene Preforms mit unterschiedlichen Wanddicken und Lagenaufbauten notwendig. Diese Preforms werden in einem folgenden Verfahrensschritt mit dem die Matrix bildenden Kunststoff bzw. Harz infiltriert, bspw. in einem Resin-Transfer-Molding-Werkzeug. Da die zusammenhängenden Bauteilanordnungen in einem Schuss hergestellt werden, sind Preform-Überlappungen notwendig.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bspw. bei der Zusammenbaugruppe des Seitenrahmens eines Fahrzeugs im Bereich, in dem die A-Säule an den Dachrahmen stößt, eine ein-schnittige Preform-Überlappung zu generieren.
  • Aufgrund dieser einseitigen oder ein-schnittigen Preform-Überlappung kann dementsprechend nur eine begrenzte Kraft von einem Bauteil auf das andere Bauteil übertragen werden. An diesen Stellen findet eine Kraftübertragung allein über Reinharz statt, was zur Folge hat, dass an der Preform-Überlappung in der Zusammenbaugruppe Seitenrahmen, Schwachstellen entstehen.
  • Um diesen Schwachstellen entgegen zu wirken, wurde im Stand der Technik versucht, die Überlappungslänge im Bereich der Preform-Überlappung zu erhöhen. Die ein-schnittige bzw. einseitige Preformüberlappung bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass ein starker S-Schlag erforderlich ist, der eine große Funktionseinbuße des Bauteils bewirkt.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine vereinfachte Bauteilanordnung anzugeben, mit der die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Ferner ist es eine besondere Aufgabe der Erfindung, eine Bauteilanordnung anzugeben, die sich in dem Verbindungsbereich der beiden Bauteile durch hohe mechanische Kennwerte auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Bauteilanordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Bauteilanordnung vor, die ein erstes und ein zweites Bauteil umfasst, wobei mindestens ein Bauteil mehrere Preforms aufweist. Weiterhin können im Verbindungsbereich der beiden Bauteile mehrere Preforms des ersten Bauteils ein Preform des zweiten Bauteils überlappen. Anstatt einer ein-schnittigen Preform-Überlappung, wird so eine zwei- oder mehrschnittige Preform-Überlappung erzeugt, wodurch die Überlappungsflächen, d. h. die Flächen, an denen Preforms eines Bauteils mit Preforms eines zweiten Bauteils in Kontakt stehen, vergrößert wird. Dies verbessert die mechanischen Kennwerte der Bauteilanordnung, so dass die Bauteilanordnung höhere Kräfte aufnehmen kann.
  • Weiterhin können die Bauteile als faserverstärkte Bauteile ausgebildet sein mit einer Matrix aus duroplastischem oder thermoplastischem Material, in der Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff, Glas, Aramid und/oder Basalt eingebettet sind.
  • Darüber hinaus können die Bauteile Strukturbauteile für Fahrzeuge sein, die aus einer Mehrzahl von Preforms ausgebildet sind. Strukturbauteile im Sinne dieser Erfindung können insbesondere Längsträger, A-, B-, C-, D-Säulenverstärkungen, Dachspriegel, Seitenrahmen innen oder außen, Ringträger, Stirnwand, Tunnel, Bodenblech und/oder Verstärkungen der Seitenschweller sein.
  • In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Bauteil eine A-Säule eines Fahrzeugs und das zweite Bauteil ein Dachrahmen eines Fahrzeugs. Jedes dieser Bauteile kann aus einem oder mehreren Preforms ausgebildet sein.
  • Weiterhin kann die A-Säule zweiteilig aufgebaut sein, mit einer inneren Schale und einer äußeren Schale, wobei jede Schale mindestens zwei Preforms umfasst. Somit weist die A-Säule einen vierlagigen Aufbau auf, durch den eine große Kontaktfläche im Überlappungsabschnitt realisierbar ist. Durch Unterteilung der A-Säule in zwei oder mehrere einzelne Preforms kann die Wanddicke dieser einzelnen Preforms so reduziert werden, dass die Summe der Wanddicken der aufgeteilten Preforms in etwa der Wanddicke eines Preforms gemäß dem Stand der Technik entspricht, der mit nur einer ein-schnittigen Überlappung an dem Dachrahmen befestigt ist.
  • Darüber hinaus kann der Dachrahmen mehrteilig aufgebaut sein, und zumindest eine innere Schale und eine äußere Schale aufweisen. Jede dieser Schalen kann wiederum einen oder mehrere Preforms aufweisen, die mit den Preforms der A-Säule im Überlappungsabschnitt in Kontakt bringbar sind.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.
  • Es zeigen in schematischer Darstellung:
  • 1 eine Seitenansicht auf einen Seitenrahmen,
  • 2 eine Schnittansicht aus 1 entlang der Schnittlinie A-A gemäß dem Stand der Technik, und
  • 3 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A aus 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In 1 ist beispielhaft eine Zusammenbaugruppe eines Seitenrahmens dargestellt. Die Geometrie soll hier nur darstellenden Charakter haben und die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Im vorderen Fahrzeugbereich, in 1 linksseitig dargestellt, weist der Seitenrahmen 10 eine A-Säule 11 auf, die an ihrem oberen Ende mit dem Dachrahmen 12 verbunden ist.
  • Die Verbindung ist gemäß dem Stand der Technik wie in 2 dargestellt, ausgebildet. Die A-Säule ist zweischalig aufgebaut, mit einer Außenschale 11a und einer Innenschale 11i. Der Dachrahmen 12 ist ebenfalls zweischalig aufgebaut, mit einer Außenschale 12a und einer Innenschale 12i. Alle Schalen sind aus faserverstärktem Kunststoffmaterial ausgebildet. Im Verbindungsbereich V überlappen die einzelnen Schalenelemente einander, wobei sie sich an einer Kontaktfläche berühren.
  • Die sich hiervon abgrenzende Erfindung ist in 3 dargestellt. Wie daraus ersichtlich ist, ist die A-Säule 11 ebenfalls zweischalig aufgebaut mit einer Außenschale und einer Innenschale. Die Außenschale ist wiederum aus zwei Preforms 11a1 und 11a2 ausgebildet. Die Innenschale umfasst ebenfalls zwei Preforms 11i1 und 11i2 auf. Der Dachrahmen 12 ist auch hier zweischalig aufgebaut mit einer Außenschale 12a und einer Innenschale 12i, die jeweils aus einem Preform ausgebildet sind. In dem Verbindungsbereich V überlappen die Preforms der A-Säule 11 abschnittsweise die Preforms des Dachrahmens 12. Wie daraus zu ersehen ist, überlappen die Preforms der Außenschale der A-Säule 11a1 und 11a2 beidseitig den Preform der Außenschale des Dachrahmens 12a. Dadurch steht der Preform 12a an seiner Außenseite mit dem Preform 11a1 der A-Säule 11 in Kontakt und an seiner Innenseite mit dem Preform 11a2 der Außenschale und der A-Säule 11 in Berührung. Somit ist die Kontaktfläche bei einer zweiseitigen, hinterschnittigen Verbindung doppelt so groß im Vergleich zu einer einschnittigen Verbindung. Analog dazu umfassen die Preforms 11i1 und 11i2 der Innenschale der A-Säule 11 den Preform 12i der Innenschale des Dachrahmens beidseitig. Wie aus 3 ersichtlich, ist der innere Preform 11i2 der A-Säule 11 länger und überlappt den inneren Preform 12i des Dachrahmens 12 über einen längeren Abschnitt als der innere Preform 11i1.
  • Grundsätzlich müssen die Preforms der A-Säule 11 die Preforms des Dachrahmens 12 nicht symmetrisch umschließen, sondern können auf einer Seite eine größere Kontaktfläche als auf der anderen Seite aufweisen, wie dies beispielhaft und repräsentativ in 3 durch die Preforms 11i1 und 11i2 dargestellt ist. Durch die vorliegende Erfindung kann die Gefahr einer Schwachstelle im Überlappungs- bzw. Verbindungsabschnitt merklich reduziert werden. Darüber hinaus wird auch der geometrische Steifigkeitssprung an einer solchen Verbindungsstelle merklich reduziert.

Claims (6)

  1. Bauteilanordnung, umfassend ein erstes Bauteil (11) und ein zweites Bauteil (12), wobei mindestens ein Bauteil (11) mehrere Preforms (11i1, 11i2, 11a1, 11a2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbindungsbereich (V) der beiden Bauteile (11, 12) mehrere Preforms (11i1, 11i2, 11a1, 11a2) des ersten Bauteils (11) ein Preform des zweiten Bauteils (12) überlappen.
  2. Bauteilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (11, 12) faserverstärkte Bauteile sind mit einer Matrix aus duroplastischem oder thermoplastischem Material in der Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff, Glas, Aramid und/oder Basalt eingebettet sind.
  3. Bauteilanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (11, 12) Strukturbauteile für Fahrzeuge sind.
  4. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (11) eine A-Säule eines Fahrzeug ist und das zweite Bauteil (12) ein Dachrahmen eines Fahrzeugs ist.
  5. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die A-Säule zweiteilig aufgebaut ist mit einer inneren Schale (11i) und einer äußeren Schale (11a), wobei jede Schale (11a, 11i) mindestens zwei Preforms (11i1, 11i2, 11a1, 11a2) umfasst.
  6. Bauteilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dachrahmen (12) mehrteilig aufgebaut ist und zumindest eine innere Schale 12i und eine äußere Schale 12a aufweist.
DE102013221168.6A 2013-10-18 2013-10-18 Bauteilanordnung Withdrawn DE102013221168A1 (de)

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