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Die Erfindung betrifft einen Aufprallträger für ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Die
DE 10 2008 010 720 A1 beschreibt einen Aufprallträger für ein Fahrzeug, mit einem im Querschnitt geschlossenen oder offenen Profil, wobei am Querschnitt ein Verstärkungsprofil befestigt wird.
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Ein Problem bei der Konstruktion von Aufprallträgern für Fahrzeuge sind häufig die sich widersprechenden Forderungen nach möglichst geringem Gewicht einerseits und möglichst hoher Festigkeit andererseits, was mit den bestehenden Fahrzeugkarosserien noch nicht optimal gelöst werden kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aufprallträger für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welcher einerseits ein möglichst geringes Gewicht und andererseits eine möglichst hohe Steifigkeit aufweist, wobei sich der Aufprallträger darüber hinaus auch möglichst gut für eine Serienfertigung eignen sollte.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Erfindungsgemäß besteht der Aufprallträger für ein Kraftfahrzeug aus einem im Querschnitt geschlossenen Profil, wobei zumindest an einem Ende des Profils ein Anbindungselement angeordnet ist, wobei das Anbindungselement zur formschlüssigen Verbindung des Profils mit einem Karosserieelement oder Kraftfahrzeugbauteil und zur Übertragung einer Kraft von dem Karosserieelement oder Kraftfahrzeugbauteil auf das Profil infolge eines Unfallereignisses dient, wobei vorzugsweise wenigstens die Wandstärke über den Querschnitt des Profils von dem Anbindungselement bedeckt ist. Das Profil absorbiert die aus der Kraft des Unfallereignisses resultierende Energie. Von Vorteil ist, dass mittels der Bedeckung vorzugsweise wenigstens der Wandstärke des Profils eine ebene und flächige Auflage bzw. Anlage des Anbindungselements über den kompletten Umfang am Profil erzielt wird, wobei eine mechanisch wirkungsvolle Übertragung von kinetischer Energie mittels eines derartigen Aufprallträgers geschaffen wird. Durch die erfindungsgemäße Verwendung des Anbindungselementes wird das Profil durch den Fügeprozess an den Anbindungsflächen nicht beschädigt, wodurch die Belastbarkeit des Profils bzw. des Aufprallträgers bei mechanischer Beanspruchung im Crashfall sichergestellt ist. Somit ergeben sich keine Werkstoffbeschädigungen, wobei der Erhalt der Bauteileigenschaften vorhanden ist. Zudem wird keine Überdimensionierung durch den geringen Platzbedarf der Verbindungstechnik mittels der Anbindungselemente generiert. Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise auch eine Masseeinsparung.
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Des Weiteren sind montagebedingte Vorteile, wie die bessere Zugänglichkeit während des Fügens und der geringe Platzbedarf für Fügevorrichtungen zu erwähnen. Der geringe Montageaufwand spiegelt sich in den reduzierten Kosten zur Montage der Anbindungselemente bzw. des Aufprallträgers wieder.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass sich der Aufprallträger zu einer einteiligen Baugruppe zusammenfassen und damit kosten günstig herstellen lässt.
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Das Profil kann aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sein. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Faserverbundwerkstoffs für diese Bereiche der Karosserie oder Kraftfahrzeugbauteile besteht in der sehr hohen Festigkeit und der sich daraus ergebenden Steifigkeit für die Karosserie oder Kraftfahrzeugbauteile sowie in den gegenüber der Verwendung eines metallischen Werkstoffs verhältnismäßig geringen Bauteilgewichten.
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Der Faserverbundwerkstoff kann einen carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) und/oder einen glasfaserfärstärkten Kunststoff (GFK) und/oder einen Kunststoff aus Aramidfasern, Polyethylenfasern oder Naturfasern enthalten. Als sowohl bezüglich der Festigkeit als auch bezüglich des Leichtbaupotentials hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Faserverbundwerkstoff CFK ist.
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Das Anbindungselement kann als Ring oder Flansch ausgestaltet sein. Somit ist eine einfache und kostengünstige Herstellung möglich.
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Das Anbindungselement kann aus wenigstens einem Metall hergestellt sein. Somit ist eine hohe Festigkeit und Belastbarkeit des Anbindungselements gewährleistet. In vorteilhafter Weise ist die Crashein- und Lastüberleitung mittels der als ringförmige Metallteile, insbesondere als Stahl-Ringe, ausgestalteten Anbindungselemente von dem Karosserieelement oder Kraftfahrzeugbauteil in das Profil auf einfache, kostengünstige und sichere Art und Weise realisierbar.
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Das Profil kann ein Hohlprofil und/oder massives Profil bzw. Vollprofil sein. Somit ist eine einfache und kostengünstige Herstellung möglich. Das Profil kann Innenstege und/oder Zwischenstege als Verstärkungselemente aufweisen. Das Profil kann eine vieleckige oder runde Geometrie aufweisen, wobei das Profil sowohl gekrümmt als auch gerade ausführbar ist und eine rotationssymmetrische oder nicht rotationssymmetrische Geometrie aufweisen kann. Zudem können bei dem Profil die Wandstärken und/oder Durchmesser über die Länge variieren.
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Das Profil kann eine Sollbruchstelle und/oder Schwachstelle aufweisen. Damit kann die Nachgiebigkeit des Profils und weitere mechanische Eigenschaften in einfacher Weise zusätzlich verbessert werden.
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Die Sollbruchstelle und/oder Schwachstelle kann ein Schrägbeschnitt, eine Fase, eine Kerbe, eine Querschnittsveränderung oder Wandstärkenveränderung sein. Somit kann die Nachgiebigkeit der Sollbruchstelle auf einfache Weise verbessert werden. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass bei einer hohen Belastung infolge des Crashfalls die Sollbruchstelle bzw. die Schwachstelle durch Scher- und Kerbwirkung aufbrechen kann. Um ein axiales Crushing, d. h. ein definiertes Versagen des Profils im Crashfall zur Absorbierung der Energie hervorzurufen, und daraus resultierend eine hohe gewichtsspezifische Absorptionsenergie zu erlangen, sollte in vorteilhafter Weise angestrebt werden die wenigstens eine Schwachstelle und/oder eine Sollbruchstelle im System herbeizuführen. Diese kann auch durch Kürzen von Faserlagen während der Fertigung, Integrieren von Kerben, Querschnittsflächenoder Wanddickenänderung initiiert werden.
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Das Profil kann zur Verbindung mit dem Karosserieelement oder Kraftfahrzeugbauteil und/oder einem weiteren Karosserieelement oder Kraftfahrzeugbauteil wenigstens eine Schelle und/oder wenigstens ein Spannband aufweisen. Somit sind keine Niet- und/oder Klebeverbindungen zur Befestigung erforderlich, was das Gewicht für den Aufprallträger weiter reduziert. Mittels der Schelle und/oder dem Spannband können in vorteilhafter Weise hohe Kräfte mittels direkten Kraftfluss übertragen werden, da daraus ein Minimum an hochbelasteten Bereichen resultiert. Des Weiteren sind alleinig die Anlageflächen der Konstruktion aufeinander abzustimmen. Die Schellen und/oder Spannbänder können konventionelle Normteile sein, welche aus Metall gefertigt sind, um eine hohe Leistungsdichte zu generieren. Zudem ist die Masse dieser Metallbänder minimal. Somit kann auf großflächige Auflageflächen von Anbauteilen verzichtet werden, womit ein enormes Masseeinsparpotential generiert werden kann.
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Zwischen dem Profil und dem Anbindungselement und/oder dem Profil und der Schelle und/oder dem Profil und dem Spannband kann wenigstens eine Isolierung angeordnet sein. Somit ist in vorteilhafter Weise ein Korrosionsschutz realisiert, so dass keine Kontaktkorrosion zwischen dem Metall der Schelle bzw. dem Metall des Spannbands und dem Faserverbundwerkstoff des Profils entsteht. Vorzugsweise wird GFK als Isolation auf dem Profil oder eine Schelle mit angespritzter Isolationsschicht, welche GFK, ein Thermoplast, ein Elastomer, eine Elastomerdichtung, eine Beschichtung, ein Lack oder eine Oberflächenbehandlung sein kann, eingesetzt. Des Weiteren wird das Profil, welches vorzugsweise aus einem Faserverbundwerkstoff besteht, durch den benötigenden Fügeprozess an den Anbindungsflächen mittels der Schelle bzw. dem Spannband unwesentlich beschädigt, wodurch die Belastbarkeit bei mechanischer Beanspruchung gesichert ist.
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Aus Gewichtsgründen kann die Isolationsschicht lediglich lokal angeordnet sein. Eine vollflächige Anordnung der Isolationsschicht kann ggf. erfolgen, wenn das Gewicht für den Aufprallträger vernachlässigbar ist.
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Durch die vorzugsweise kegelförmige Geometrie des Profils werden die zur Anbindung benötigten ebenen Auflagen mittels zusätzlichen Aufwickelns der Isolationsschicht auf das Profil und anschließender mechanischer Bearbeitung, vorzugsweise mittels Drehen, realisiert.
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Um bei der Krafteinleitung Stabilität für das Profil zu generieren, werden axial an beiden Enden die vorzugsweise als Metall-Ringe, vorzugsweise Stahl-Ringe, ausgestalteten Anbindungselemente mit integrierten Dichtungen bzw. integrierter Isolierung eingesetzt.
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Die vorangegangene Fügetechnologie zeichnet sich durch hohe Wirtschaftlichkeit durch Reduzierung von Arbeitsschritten, sowie Wegfall aufwändiger Montageprozesse, Prozesssicherheit, insbesondere durch automatisierten Montageprozess, sowie hohe Variabilität bei Fügen unterschiedlicher Werkstoffe aus. Wodurch der Großserieneinsatz von Faserverbundwerkstoff-Verbunden in automobilen Mischbauweisen umsetzbar ist.
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Durch den Einsatz der oben erwähnten Materialien kann für den erfindungsgemäßen Aufprallträger ein erleichtertes Recycling ermöglicht werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit erfindungsgemäßen Aufprallträgern in einer Draufsicht;
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2 eine Türe mit einem erfindungsgemäßen Aufprallträger;
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3 einen erfindungsgemäßen Aufprallträger mit Befestigungselementen in einer Draufsicht; und
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4 den Schnitt A-A nach 3.
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1 zeigt schematisch die Anordnung von Aufprallträgern 1 in einem in seiner Gesamtheit nicht dargestellten Kraftfahrzeug 2. Im vorliegenden Fall handelt es sich um ein Kraftfahrzeug, an welchen besonders hohe Anforderungen hinsichtlich einer hohen Karosseriesteifigkeit, einer hohen Sicherheit für die Insassen im Crashfall und eines möglichst geringen Gewichts gestellt werden.
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Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Karosserie mit einem Vorderwagen 21, einem Hinterwagen 22 und einem Mittelwagen 23 auf, wobei der Vorderwagen 21 und der Hinterwagen 22 mit dem Mittelwagen 23 über die Aufprallträger 1 verbunden ist, wobei die Aufprallträger zur Absorbierung von Kräften F im Falle eines Heck- oder Fronteinschlags bzw. -aufpralls dienen. Im Mittelwagen 23 ist quer zur Fahrtrichtung ein weiterer Aufprallträger 1 angeordnet, der zur Absorbierung der Kräfte F im Falle eines Seitenaufpralls dient.
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Um eine in einem Crashfall ausreichende Energieabsorption der Karosserie sicherzustellen, bestehen der Vorderwagen 21 und der Hinterwagen 22 aus einem metallischen Werkstoff.
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2 zeigt ein Kraftfahrzeugbauteil 70 als schematisch dargestellte Fahrzeugtür, wobei in der Fahrzeugtür ein Aufprallträger 1 zur Absorbierung von Kräften F im Falle eines Heck- oder Fronteinschlags bzw. -aufpralls montiert ist. Der Aufprallträger 1 kann in diesem Fall auch zur Absorbierung von Kräften bei einem Seitenaufprall dienen. Der Aufprallträger 1 ist in der Fahrzeugtür mittels Anbindungselementen 6 festgelegt. Das Anbindungselement 6 kann einteilig mit dem Aufprallträger 1 ausgeführt sein.
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Wie in 3 dargestellt ist, besteht der Aufprallträger 1 aus einem Profil 3, welches aus einem Faserverbundwerkstoff, insbesondere aus CFK, hergestellt ist. Auf diese Weise lässt sich eine erhebliche Gewichtseinsparung gegenüber der Verwendung eines metallischen Werkstoffs erreichen, wobei dennoch im normalen Fahrbetrieb eine hohe Steifigkeit sichergestellt ist. Das Profil 3 ist hier als Hohlprofil ausgeführt und weist zwei Enden 4 und 5 auf. Um das Profil 3 ist vorzugsweise wenigstens eine Schelle 11 oder ein Spannband 12 angeordnet, um das Profil 3 bzw. den Aufprallträger 1 an einem nicht näher dargestellten weiteren Karosserieelement 10 oder Kraftfahrzeugbauteil 71 anzuordnen. Dazu kann die Schelle 11 oder das Spannband 12 mittels nicht näher dargestellter lösbarer Verbindungselemente, insbesondere Schrauben, mit dem Karosserieelement 10 oder Kraftfahrzeugbauteil 71 verbunden sein.
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In 4 ist der Aufprallträger 1 im Schnitt dargestellt, wobei die Anbindung des Profils 3 an seinen Enden 4 und 5 mittels der Anbindungselemente 6 an einem Karosserieelement 7 oder Kraftfahrzeugbauteil 70 erfolgt.
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Um die Kontaktfläche der Verbindung zwischen dem vorzugswiese CFK enthaltenden Profil 3 und dem Spannband 12 bzw. der Schelle 11 oder dem Anbindungselement 6 vor möglich auftretender Korrosion zu schützen, werden die Spannbänder 12 bzw. Schellen 11 und die Anbindungselemente 6 über die Auflagefläche zusätzlich mit einer Isolierung 13 versehen. Durch die über die Schellen 11 bzw. Spannbänder 12 oder Anbindungselemente 6 gestaltete Verbindungstechnik wird eine Schädigung am Profil 3 reduziert, wodurch die Leistungsfähigkeit in Bezug auf Kraftübertragung im Belastungsfall erhalten bleibt.
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Die Isolierung 13 kann als separates Teil ausgebildet und auf das Profil 3 und/oder die Anbindungselemente 6 ein- oder aufgesteckt oder in sonstiger Weise daran befestigt sein. Alternativ ist es möglich, die Isolierung 13 an das Profil 3 oder das Anbindungselement 6 anzuspritzen oder das Profil 3 oder das Anbindungselement 6 einteilig mit einer daran ausgebildeten Isolierung 13 auszuführen.
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Das Profil 3 weist vorzugsweise mindestens eine Sollbruchstelle 8 und/oder Schwachstelle 9 auf. Die Sollbruchstelle 8 ist in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Stufe bzw. eine Kerbe gebildet, wobei zwischen den versetzten Ebenen die Wandstärke des Profils 3 geschwächt ist.
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In 4 ist zu erkennen, dass die Schwachstelle 9 eine im vorliegenden Fall als Nut, Kerbe, Einschnitt, Vertiefung oder Schlitz ausgebildete Schwachstelle 9, die als Sollbruchstelle 8 ausgeführt sein kann, vorgesehen ist, welche so gestaltet ist, dass die Schwachstelle 9 von außen nicht zu erkennen ist. Die Schwachstelle 9 kann beispielhaft durch sägen, schneiden, fräsen oder prägen hergestellt sein.
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Die wenigstens eine Sollbruchstelle 8 und/oder Schwachstelle 9 kann bei einer hohen Belastung infolge des Crashfalls durch Scher- und Kerbwirkung aufbrechen und ein axiales Crushing, d. h. ein definiertes Versagen des Profils 3 im Crashfall zur Absorbierung der Energie bewirken und die auf die Insassen einwirkende Kraft bzw. Energie auf ein zulässiges Maß reduzieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008010720 A1 [0002]
