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Die Erfindung betrifft ein Karosserieteil für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Karosserieteil. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Karosserieteils.
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In Leichtbaukarosserien moderner Kraftfahrzeuge kommen vermehrt Bauelemente aus faserverstärktem Kunststoff zum Einsatz, welche zur Aussteifung typischerweise hohlförmig ausgebildeter Karosserieteile dienen. Derartige verleihen dem Karosserieteil, insbesondere im Crash-Fall, eine erhöhte Steifigkeit, ohne dass sich das Eigengewicht des Karosserieteils wesentlich erhöht.
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Die
DE 10 2009 049 313 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Versteifung eines hohlförmigen Karosserieteils, das typischerweise als längliches Hohlprofil ausgebildet ist. Das Karosserieteil umfasst einen skelettartig ausgebildeten Einleger mit mehreren Längs- und Querrippen, der im Karosserieteil angeordnet ist. Besagter Einleger kann aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus einem Fasermaterial hergestellt sein. Vom Einleger werden offene Hohlräume, die mit Strukturschaum gefüllt sind, und geschlossene Hohlräume, die vom Strukturschaum ausgespart werden, gebildet. Nach dem Einbringendes Strukturschaums in den Einleger kann dieser erhitzt werden, so dass er expandiert und anschließend aushärtet.
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Die
US 2005/0218697 A1 beschreibt ein Verfahren zum Aussteifen eines Fahrzeugteils. Im Zuge dieses Verfahrens wird ein skelettartiger, mehrere Rippen aufweisenden Einleger mit einem expandierbaren Material versehen und in einem vom zu versteifenden Fahrzeugteil vorgesehenen Hohlraum eingebracht. Das Erhitzen der Anordnung hat zur Folge, dass sich das expandierbare Material – typischerweise ein Strukturschaum – im Hohlraum ausdehnt und gegen die Innenwände des Fahrzeugteils gedrückt wird, wodurch die gewünschte Aussteifung erzielt wird.
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Auch die
US 2004/0212220 A1 offenbart ein ähnliches Verfahren zum Aussteifen eines Karosserieteils eines Kraftfahrzeugs.
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In der
US 2005/0016807 A1 wird eine Crash-Box offenbart, welche einen äußeren Hohlkörper und darin angeordneten Stoß-absorbierenden Armen aufweist. Die Arme sind mit Schaummaterial an der Innenseite des Hohlkörpers befestigt.
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In der
US 2012/0141724 A1 wird ein Verstärkungselement aus zwei miteinender verbundenen Bauteilen, die einene Hohlraum bilden beschrieben. Innerhalb des Hohlraums sind Verstärkungsteile angeordnet, welche mittels eines Bindematerials untereinender und zur Innenseite des Hohlraums befestigt sind.
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Die
US 6,263,635 B1 offenbart ein Anordnung zur Verstärkung von Rohren. Die Verstärkungsanordnung besteht aus parall zueinander angeordneten und mit einem Strukturschaum beschichteten Säulen. An den Enden werden die Säulen durch Endstücke fixiert. Die Verstärkungsanordnung wird in die zu verstärkenden Rohre eingeschoben.
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Die Herstellung der aus dem Stand der Technik bekannten Aussteifungselemente mit typischerweise komplexer Rippenstruktur zum Versteifen von Karosserieteilen ist in der Regel mit erheblichem fertigungstechnischem Aufwand verbunden.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform eines Karosserieteils eines Kraftfahrzeugs s zu schaffen, welche sich insbesondere gegenüber herkömmlichen, ausgesteiften Karosserieteilen durch einen reduzierten Fertigungsaufwand auszeichnet.
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Die genannten Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundgedanke der Erfindung ist demnach, ein hohles Basiselement aus einem Metall, insbesondere Aluminiumlegierung oder Stahl, mit Hilfe eines Aussteifungselements aus einem faserverstärkten Kunststoff (FVK) zu versteifen, welches sich wiederum mittels eines Abstützungselements am Basiselement abstützt. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Abstützungselement und dem Basiselement ein Adapterelement aus einem aufschäumbaren bzw. aufgeschäumten Strukturschaum angeordnet. Die Verwendung eines Aussteifungselements aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere Glasfaserverstärkter oder Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (GFK oder CFK), erlaubt es, die Steifigkeit des typischerweise in Leichtbauweise hergestellten Basiselements maßgeblich zu verstärken, ohne dass dies mit einer übermäßigen Gewichtszunahme des ausgesteiften Karosserieteils verbunden wäre. Gleichzeitig gestattet die Verwendung eines Abstützungselements aus einem Kunststoff in Verbindung mit einem Adapterelement aus einem aufschaumbaren Strukturschaum eine einfache Montage des gesamten Karosserieteils: Hierzu wird zunächst das Aussteifungselement am Abstützungselement befestigt und das Abstützungselement in das Basiselement eingebracht. Anschließend wird das Abstützungselement mit Hilfe des aufschäumbaren Materials am Basiselement befestigt. Das aufschäumbare Material kann beim Einbringen des Abstützungselements in das Basiselement bereits an diesem befestigt sein. Nach dem Einbringen in das Basiselement werden Abstützungselement und Adapterelement erhitzt, so dass das aufschäumbarem Material des Adapterelements durch Aufschäumen expandiert. In der Folge stützt es sich sowohl am Abstützungselement als auch am Basiselement ab. Auf diese Weise wird eine mechanisch stabile Fixierung des Abstützungselements einschließlich des Aussteifungselements innerhalb des Basiselements erzielt, wodurch dem derart ausgesteiften Basisbauteil die gewünschte mechanische Festigkeit verliehen wird. Der aufgeschäumte Strukturschaum ermöglicht nach dem Aufschäumen nicht nur eine zuverlässige Fixierung des Aussteifungselements am Basiselement, sondern sorgt im Crashfall auch für eine gute Kraftübertragung vom Basiselement über das Abstützungselement zum Aussteifungselement. Das Aussteifungselement aus FVK kann im Crashfall auch einen erheblichen Anteil der Crash-Energie aufnehmen.
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Erfindungsgemäß sind das Basiselement und das Aussteifungselement als sich entlang einer Längsrichtung erstreckende Hohlprofile ausgebildet. Die Abstützung des Aussteifungselements am Basiselement erfolgt in diesem Szenario mit Hilfe von wenigstens zwei entlang der Längsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Abstützungseinrichtungen, von denen eine jede wenigstens ein erfindungsgemäßes Abstützungselement aufweist. Mit anderen Worten, entlang der Längsrichtung sind im Abstand zueinander wenigstens zwei Abstützungselemente vorgesehen. Mittels der Anordnung der Abstützungseinrichtungen einschließlich ihrer Abstützungselemente im Abstand zueinander lässt sich das Eigengewicht des gesamten Karosserieteils gering halten, ohne dass dies mit merklichen Einbußen bei der Gesamtsteifigkeit des Karosseriebauteils einhergehen würde.
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Ein verbessertes Crashverhalten des Karosserieteils lässt sich in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erzielen, indem im Basiselement eine sich entlang der Längsrichtung erstreckende Aussteifungsplatte vorgesehen wird, welche das Basiselement in eine erste und eine zweite Hohlkammer unterteilt. Dabei erstreckt sich die Aussteifungsplatte im Hohlprofil entlang einer Querrichtung des Basiselements und wird bezüglich einer Hochrichtung, die orthogonal zur Längsrichtung und zur Querrichtung verläuft, im Wesentlichen mittig im Basiselement angeordnet. Auch die Befestigung der Aussteifungsplatte am Basiselement erfolgt mit Hilfe eines Adapterelements in Form eines Strukturschaums. Die Befestigung erfolgt dabei derart, dass sich die Aussteifungsplatte mittels zweier Adapterelemente aus aufgeschäumtem Strukturschaum, die an zwei in Querrichtung gegenüberliegenden Endabschnitten der Aussteifungsplatte angebracht sind, an gegenüberliegenden Wänden des Basiselements abstützt.
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Besonders zweckmäßig kann das Aussteifungselement als in das Basiselement eingesetztes und sich entlang der Längsrichtung erstreckendes Aussteifungsrohr ausgebildet sein. Eine Ausbildung in Form eines Rohrs erleichtert das Einsetzen des Aussteifungselements in das Basiselement. Darüber hinaus gestattet eine rohrförmige geometrische Formgebung die Aufnahme einer besonders großen Energiemenge im Crashfall.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann im Basiselement nicht nur ein einziges, sondern ein erstes und ein zweites Aussteifungsrohr vorgesehen werden, welche im Hohlprofil entlang der Hochrichtung des Basiselements im Abstand zueinander angeordnet sind. Gemäß einer solchen Ausführungsform ist jede Abstützungseinrichtung mit einem zusätzlichen Abstützungselement ausgestattet, welche die beiden Aussteifungsrohre miteinander verbindet.
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Eine mechanisch besonders stabile Fixierung der Aussteifungsrohre in den Abstützungseinrichtungen lässt sich indes erzielen, indem jede Abstützungseinrichtung mit einem ersten Befestigungsring, der das erste Aussteifungsrohr radial außen einfasst, und einem zweiten Befestigungsring, der das zweite Aussteifungsrohr radial außen einfasst, ausgestattet wird. Darüber hinaus kann ein zusätzliches Abstützungselement vorgesehen werden, welches die beiden Befestigungsringe miteinander verbindet.
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Als fertigungstechnisch besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausführungsform, bei welcher die Abstützungselemente jeweils integral am jeweiligen Befestigungsring ausgeformt sind und das jeweilige Adapterelement an einem vom Befestigungsring abgewandten Ende des Abstützungselements aus dem aufgeschäumten Strukturschaum angebracht ist.
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Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass hinsichtlich der erzielbaren Steifigkeit besonders gute Ergebnisse erreicht werden, wenn das wenigstens eine Aussteifungsrohr im Hohlprofil mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Geometrie ausgestattet und das Basiselement im Hohlprofil mit einer im Wesentlichen rechteckförmigen Geometrie, insbesondere mit abgerundeten Ecken, versehen wird.
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Besonders zweckmäßig kann jede Abstützungseinrichtung vier Abstützungselemente umfassen. In diesem Szenario erstrecken sich zwei erste Abstützungselemente jeweils von den beiden dem ersten Befestigungsring nächstgelegenen Ecken des Basiselements zu diesem Befestigungsring und zwei weitere, zweite Abstützungselemente jeweils von den beiden dem zweiten Befestigungsring nächstgelegenen Ecken des Basiselements zu diesem Befestigungsring. Eine zusätzliche Stabilisierung einer solchen Anordnung mit zwei Befestigungsringen wird erreicht, indem jede Abstützungseinrichtung mit einem zusätzlichen Abstützungselement ausgestattet wird, welches die beiden Befestigungsringe miteinander verbindet.
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Kostenvorteile bei der Herstellung lassen sich in einer fertigungstechnisch besonders einfach zu realisierenden Ausführungsform erzielen, bei welcher die beiden ersten Abstützungselemente und das zusätzliche Abstützungselement einer jeden Abstützungseinrichtung im Hohlprofil jeweils im Wesentlichen unter einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind. In derselben Weise sind auch die beiden zweiten Abstützungselemente und das zusätzliche Abstützungselement jeweils im Wesentlichen unter einem Winkel von 120° zueinander angeordnet.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Karosserieteil mit einem oder mehreren der vorangehend genannten Merkmale.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen, der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Die einzige 1 illustriert in perspektivischer Darstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Karosserieteils 1 für ein Kraftfahrzeug in einem montierten Zustand.
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Dieses umfasst ein einen Hohlraum 3 ausbildendes Basiselement 2 aus einem Metall. Im Hohlraum 3 sind zwei als Aussteifungsrohre 5a, 5b ausgebildete Aussteifungselemente 5 aus einem faserverstärkten Kunststoff angeordnet. Sowohl das Basiselement 2 als auch die beiden Aussteifungsrohre 5a, 5b sind als sich entlang einer Längsrichtung L erstreckende Hohlprofile ausgebildet, so dass die beiden Aussteifungsrohre 5a, 5b im Hohlprofil entlang einer Hochrichtung H des Basiselements 2 im Abstand zueinander angeordnet sind.
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Die beiden Aussteifungsrohre 5a, 5b dienen zur Aussteifung des Basiselements 2. Hierzu stützen sich die beiden Aussteifungsrohre 5a, 5b mittels mehrerer entlang der Längsrichtung L im Abstand zueinander angeordneter Abstützungseinrichtungen 4 (in 2 sind exemplarisch nur zwei solche Abstützungseinrichtungen 4a, 4b gezeigt) innen am Basiselement 2 ab.
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Wie 1 erkennen lässt, besitzen die beiden Aussteifungsrohre 5a, 5b im Hohlprofil eine im Wesentlichen kreisförmige Geometrie, wohingegen das Basiselement 2 im Hohlprofil eine im Wesentlichen rechteckförmige Geometrie mit abgerundeten Ecken 8a–8d, aufweist. Jede Abstützungseinrichtung 4a, 4b umfasst einen ersten und einen zweiten Befestigungsring 6a, 6b, in welche die beiden Aussteifungsrohre 5a, 5b eingesetzt sind, so dass die Befestigungsringe 6a, 6b die Aussteifungsrohre 5a, 5b einfassen. Jede Abstützungseinrichtung 4a, 4b umfasst weiterhin zwei erste Abstützungselemente 7a, 7b, die sich jeweils vom ersten Befestigungsring 6a zu den nächstgelegenen Ecken 8a, 8b des Basiselements 2 erstrecken. Entsprechend umfasst jede Abstützungseinrichtung 4a, 4b auch zwei zweite Abstützungselemente 7c, 7d, die sich jeweils vom zweiten Befestigungsring 6b zu den nächstgelegenen Ecken 8c, 8d des Basiselements 2 erstrecken.
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Schließlich ist in jeder Abstützungseinrichtung 4a, 4b ein zusätzliches Abstützungselement 7e vorgesehen, welches die beiden Befestigungsringe 6a, 6b miteinander verbindet. Alle Abstützungselemente 7a–7e sind dabei integral an den Befestigungsringen 6a, 6b ausgeformt. An jedem der Abstützungselemente 7a–7d – mit Ausnahme des zusätzlichen Abstützungselements 7e – ist an einem vom Befestigungsring abgewandten Ende des jeweiligen Abstützungselement 7a–7d ein Adapterelement 9a–9d aus einem aufgeschäumten Strukturschaum angebracht.
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Zur Montage des Karosserieteils 1 werden zunächst die Aussteifungsrohre 5a, 5b in die Befestigungsringe 6a, 6b der Abstützungseinrichtungen 4a, 4b eingeschoben. Anschließend werden die Abstützungseinrichtungen 4a, 4b einschließlich der Aussteifungsrohre 5a, 5b in das Basiselement 2 eingeschoben. Eine vorläufige Fixierung der Abstützungselemente 7a–7d mag etwa mit Hilfe herkömmlicher, dem Fachmann bekannter Clips erfolgen. Ein Erhitzen der gesamten Anordnung aus Basiselement 2, Aussteifungsrohren 5a, 5b und den Abstützungseinrichtungen 4a, 4b führt dann zu einer stabilen Fixierung der Aussteifungsrohre 5a, 5b innerhalb des Basiselements 2.
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Der 1 ist ferner entnehmbar, dass die beiden ersten Abstützungselemente 7a, 7b und das zusätzliche Abstützungselement 7e einer jeden Abstützungseinrichtung im Hohlprofil jeweils im Wesentlichen unter einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind. Gleiches gilt für die beiden zweiten Abstützungselemente 7c, 7d und das zusätzliche Abstützungselement 7e, welche im Hohlprofil folglich ebenfalls jeweils im Wesentlichen unter einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind.
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Zur Erzielung eines verbessertes Crashverhalten des Karosserieteils 1 ist im Basiselement 2 eine sich entlang der Längsrichtung L erstreckende Aussteifungsplatte 10 vorgesehen, welche das Basiselement 2 in eine erste und eine zweite Hohlkammer 11a, 11b unterteilt. Dabei erstreckt sich die Aussteifungsplatte 10 im Hohlprofil entlang einer Querrichtung Q des Basiselements 2 und ist bezüglich der Hochrichtung H im Wesentlichen mittig in diesem angeordnet. Die Befestigung der Aussteifungsplatte 10 am Basiselement 2 erfolgt erneut mit Hilfe zweier Adapterelemente 9e, 9f, die an in der Querrichtung Q gegenüberliegenden Endabschnitten 12a, 12b der Aussteifungsplatte 10 befestigt sind
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Werden die beiden Adapterelemente 9e, 9f im Zuge der Montage des Karosserieteils 1 erhitzt, so expandiert der Strukturschaum der Adapterelemente 9e, 9f, so dass sich die Adapterelemente 9e, 9f an gegenüberliegenden Wänden 2a, 2b des Basiselements 2 abstützen und die Aussteifungsplatte 10 auf diese Weise im Hohlraum 3 fixiert wird.
