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Die Erfindung betrifft ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Die
DE 10 2007 059 183 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verstärkung, Dämmung, Dämpfung und/oder Abdichtung von Hohlbauteilen, bei dem eine thermisch expandierbare Masse in der Form von in ein Säckchen eingeschlossenen Kugeln in einen Zwischenraum zwischen einem Verstärkungsteil und einem Karosseriebauteil eingebracht wird.
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Aus der
EP 1 149 679 A2 ist ein weiteres Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug bekannt. Hierbei ist ein Versteifungsteil in einer Ausnehmung des Karosseriebauteils angeordnet und mittels mehrerer Schaumelemente fixiert.
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Ein Verfahren zum Verbinden zweier Struktureinheiten für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs beschreibt die
DE 10 2012 006 824 A1 . Dabei sind Zwischenräume eines als Hohlprofil ausgebildeten Türholms mit Strukturschaum ausgeschäumt.
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In der
EP 1 479 597 A2 ist ebenfalls ein Karosseriebauteil beschrieben, in dem sich ein Einlegeteil befindet, das mit einem Strukturschaum fixiert ist.
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Das Problem der bekannten Lösungen ist jedoch die teilweise geringe Steifigkeit und der zum Teil hohe Verbrauch an Strukturschaum, durch den zwar die gewünschte Steifigkeit erreicht werden kann, durch den jedoch das Gewicht des Karosseriebauteils und somit des gesamten Kraftfahrzeugs erhöht wird. Ein weiteres Problem der bekannten Lösungen stellen die teilweise komplexen Verfahren zur Herstellung der Karosseriebauteile dar.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit dem bei möglichst geringem zusätzlichem Gewicht eine möglichst große Erhöhung der Steifigkeit des Karosseriebauteils ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Durch den über die wenigstens eine Öffnung für den Strukturschaum zugänglichen Teilbereich des inneren Hohlraums kann der Strukturschaum in diesen Teilbereich eindringen, sodass sich eine erheblich bessere Verbindung zwischen dem Strukturschaum und dem Einlegeteil und damit auch zwischen dem Karosseriebauteil und dem Einlegeteil ergibt.
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Dadurch, dass der restliche Bereich des inneren Hohlraums über den Teilbereich nicht zugänglich ist, wird der Verbrauch des Strukturschaums auf ein Minimum reduziert, sodass nur eine geringe Menge an Strukturschaum verbraucht und das Gewicht des Karosseriebauteils und damit des gesamten Kraftfahrzeugs nicht wesentlich erhöht wird. Letztendlich ergibt sich auf diese Weise ein sehr steifes und dennoch ein geringes Gewicht aufweisendes Karosseriebauteil.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung können beispielsweise im Bereich der A-Säule gegenüber bekannten Ausführungen eine Vielzahl von Blechverstärkungen eingespart werden, wodurch entsprechende Gewichtsverringerungen möglich sind.
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Eine zusätzliche Versteifung ergibt sich dadurch, dass an wenigstens einer Außenwandung des Einlegeteils und/oder an wenigstens einer der äußeren Wandungen des Karosseriebauteils ein Gewebe- und/oder Textilelement angeordnet ist, wobei sich ein Teil des Strukturschaums innerhalb des Gewebe- und/oder Textilelements befindet.
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Eine sehr einfache Möglichkeit, den über die Öffnung zugänglichen Teilbereich des inneren Hohlraums von dem restlichen Bereich des inneren Hohlraums zu trennen, kann sich ergeben, wenn in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der wenigstens eine Teilbereich des inneren Hohlraums durch wenigstens eine Rippe des Einlegeteils gebildet ist.
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Um die Herstellung des erfindungsgemäßen Karosseriebauteils zu vereinfachen, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass das Einlegeteil so in der Ausnehmung des Karosseriebauteils angeordnet ist, dass unerwünschte Bewegungen des Einlegeteils verhindert werden.
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Wenn in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Strukturschaum durch Fasern und/oder Blähglas und/oder Blähschaum verstärkt ist, so kann eine Verstärkung des erfindungsgemäß eingesetzten Strukturschaums und damit eine Versteifung des Karosseriebauteils erreicht werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es zeigt:
- 1' eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Karosseriebauteils;
- 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Karosseriebauteils;
- 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Karosseriebauteils;
- 4 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Karosseriebauteils; und
- 5 eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Karosseriebauteils.
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1 zeigt ein Karosseriebauteil 1 für ein in seiner Gesamtheit nicht dargestelltes Kraftfahrzeug. Bei dem Karosseriebauteil 1 kann es sich beispielsweise um einen Längsträger, einen Schweller, einen Stoßfängerquerträger, einen Tunnelquerträger, einen unteren Bereich einer A-Säule, einen Knoten im Bereich einer B-Säule oder um ein sonstiges Strukturbauteil innerhalb der Karosserie des Kraftfahrzeugs handeln. Das Karosseriebauteil 1 weist eine äußere Wandung 2 auf, die im vorliegenden Fall eine rechteckige Querschnittsform des Karosseriebauteils 1 bildet. Selbstverständlich könnte das Karosseriebauteil 1 auch vollkommen andere Querschnitte aufweisen. Innerhalb der äußeren Wandung 2 des Karosseriebauteils 1 befindet sich eine Ausnehmung 3, so dass das Karosseriebauteil 1 ein Hohlformbauteil ist. In nicht dargestellter Weise wäre es auch möglich, dass das Karosseriebauteil 1 aus zwei oder mehreren einzelnen Bauteilen zusammengesetzt ist, beispielsweise im Falle eines Schwellers.
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In der Ausnehmung 3 des Karosseriebauteils 1 befindet sich ein Einlegeteil 4, das einen inneren Hohlraum 5 aufweist. Zur Versteifung des Karosseriebauteils 1 befindet sich zwischen der äußeren Wandung 2 des Karosseriebauteils 1 und dem Einlegeteil 4 ein Strukturschaum 6, der auf eine nachfolgend näher beschriebene Art und Weise in das Karosseriebauteil 1 eingebracht wird.
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Der innere Hohlraum 5 des Einlegeteils 4 weist wenigstens einen, in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei, über wenigstens eine, in 1 über zwei Öffnungen 7 zugängliche Teilbereiche 8 auf. Über die jeweilige Öffnung 7 kann der Strukturschaum 6 in den jeweiligen Teilbereich 8 eindringen, so dass sich im Prinzip auch innerhalb des inneren Hohlraums 5 des Einlegeteils 4 ein Strukturschaum befindet. Allerdings ist der Teilbereich 8 des inneren Hohlraums 5 gegenüber dem restlichen Bereich des inneren Hohlraums 5 verschlossen, so dass der restliche Bereich des inneren Hohlraums 5 für den Strukturschaum 6 unzugänglich ist. Dieses Verschließen des Teilbereichs 8 erfolgt vorzugsweise durch wenigstens eine Rippe 9 des Einlegeteils 4, wie dies in 2 besonders gut zu erkennen ist. Auch bei der Ausführungsform von 1 ist die den Teilbereich 8 von dem restlichen Bereich des inneren Hohlraums 5 abgrenzende Rippe 9 dargestellt. Der wenigstens eine Teilbereich 8 kann sich in einer derartigen Position innerhalb des Einlegeteils 4 befinden, dass sich durch den sich in dem Teilbereich 8 befindenden Strukturschaum 6 eine gezielte Verstärkung des Karosseriebauteils 1 ergibt.
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Bei der Ausführungsform von 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass dort an einer Außenwandung 10 des Einlegeteils 4 ein Gewebe- und/oder Textilelement 11 angeordnet ist. Der Strukturschaum 6 dringt beim Einbringen desselben in den Bereich zwischen der äußeren Wandung 2 des Karosseriebauteils 1 und dem Einlegeteil 4 auch in das Gewebe- und/oder Textilelement 11 ein, wodurch sich eine verbesserte Verklammerung zwischen dem Strukturschaum 6 und dem Einlegeteil 4 ergibt. Des Weiteren wird auf diese Weise eine partielle Erhöhung der Gesamtdicke des Einlegeteils 4 erreicht. Für das Gewebe- und/oder Textilelement 11 kann beispielsweise ein Glasgewebe mit einer Polyamidmatrix verwendet werden. Des Weiteren kann es sich bei dem Gewebe- und/oder Textilelement 11 auch um ein Gelege, einen gewickelten Kern oder ein Prepreg, also ein Halbzeug mit langen oder endlosen Fasern und einer Kunststoffmatrix, handeln.
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Das Gewebe- und/oder Textilelement 11 kann beispielsweise durch ein entsprechendes Klemmelement mit dem Einlegeteil 4 verbunden werden. Bei der Verwendung eines Wabenmaterials für das Einlegeteil 4 könnte das Gewebe- und/oder Textilelement 11 auch dazu dienen, die Öffnungen der Wabe zu verschließen, um sicherzustellen, dass der Strukturschaum 6 nur in die gewünschten Teilbereiche 8 des inneren Hohlraums 5 des Einlegeteils 4 eindringt. Des Weiteren ist es möglich, das Gewebe- und/oder Textilelement 11 statt an dem Einlegeteil 4 auch an dem Karosseriebauteil 1, vorzugsweise an einer Innenseite einer äußeren Wandung 2, anzubringen.
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Als Material für den Strukturschaum 6 kann beispielsweise Polyurethan eingesetzt werden, was die Steifigkeit desselben erhöht und dadurch eine bessere Energieaufnahme im Crashfall ermöglicht.
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Gegebenenfalls kann der Strukturschaum 6 durch Fasern und/oder Blähglas und/oder Blähschaum verstärkt sein. Durch die Verwendung solcher Fasern oder eines solchen Blähschaums bzw. Blähglases wird die bereits sehr hohe Steifigkeit und die damit verbundene hohe Energieaufnahme des Strukturschaums 6 im Crashfall noch weiter verbessert. Beispielsweise können Kurzglasfasern eingesetzt werden. Es ist jedoch auch möglich, Endlosfasern zu verwenden, wobei in diesem Fall gezielt Faserstränge an bestimmten Punkten befestigt werden können.
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Das Einlegeteil 4 kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen, wodurch das Gewicht und die Kosten desselben verringert und die Designfreiheit erhöht wird. Allerdings ist es auch möglich ein Gussteil, ein Wabenelement, beispielsweise aus einem Aluminiumwerkstoff, ein Metall- oder Textilgestrick oder ein Sandwichbauteil als das Einlegeteil 4 einzusetzen.
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Obwohl in den Ausführungsformen der 1 und 2 das Einlegeteil 4 jeweils um seinen gesamten Umfang von dem Strukturschaum 6 umgeben ist, wäre es auch möglich, den Strukturschaum 6 nur an bestimmten Seiten des Einlegeteils 4 vorzusehen.
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In den 3, 4 und 5 sind weitere Ausführungsformen des Karosseriebauteils 1 mit dem darin mittels des Strukturschaums 6 eingeschäumten Einlegeteils 4 dargestellt. Bei der Ausführungsform von 3 weist das Einlegeteil 4 mehrere der Öffnungen 7 auf, die es erlauben, dass der Strukturschaum 6 im Prinzip in das Einlegeteil 4 ein- bzw. dasselbe durchdringt. In einer Richtung senkrecht zu der Blattebene weisen die Öffnungen 7 nur eine begrenzte Breite auf, was aufgrund der Darstellungsform in 3 nicht erkennbar ist. Beispielsweise kann es sich um kreisrunde Öffnungen 7 in dem Einlegeteil 4 handeln. Bei der Ausführungsform von 3 bildet der Strukturschaum 6 eine Skelettstruktur, die eine erhebliche Verstärkung des Karosseriebauteils 1 darstellt.
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Die 4 und 5 zeigen einen Knotenpunkt innerhalb der Karosserie, beispielsweise im Bereich der Anbindung der B-Säule an den Schweller. Hierbei ist das Einlegeteil 4 so ausgeführt, dass es sowohl in einem horizontal als auch in einem vertikal verlaufenden Bereich des Karosseriebauteils 1 angeordnet ist. Dadurch befindet sich auch der eingebrachte Strukturschaum 6 im Knotenbereich der beiden Abschnitte des Karosseriebauteils 1. Bei der Ausführungsform von 4 ist die zu dem Teilbereich 8 des inneren Hohlraums 5 des Einlegeteils 4 führende Öffnung 7 in dem Bereich angeordnet, in dem der vertikale Bereich des Karosseriebauteils 1 in den horizontalen Bereich übergeht. Dadurch wird eine besonders gute Steifigkeit in diesem Knotenbereich erreicht. Im Randbereich verläuft das Einlegeteil 4 dabei jeweils tangential zu dem Karosseriebauteil 1, so dass Steifigkeitssprünge verhindert werden.
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Bei der Ausführungsform von 5 befinden sich die Rippen 9 in einem oberen Bereich des Einlegeteils 4 und verhindern durch ihren geringen Abstand zu der äußeren Wandung 2 eine Ausbreitung des Strukturschaums 6 in diesen oberen Bereich zwischen dem Einlegeteil 4 und der äußeren Wandung 2 des Karosseriebauteils 1. Dadurch wird das Volumen des Strukturschaums 6 und damit das Gewicht des gesamten Karosseriebauteils 1 begrenzt. Eine der Rippen 9 weist dabei zwar einen Abstand von der äußeren Wandung 2 des Karosseriebauteils 1 auf, dieser Abstand kann jedoch so gering gewählt sein, dass der Strukturschaum 6 aufgrund seiner Viskosität nicht in der Lage ist, an der Rippe 9 vorbeizuströmen.
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Um das Einlegeteil 4 vor dem Einbringen des Strukturschaums 6 so in der Ausnehmung 3 des Karosseriebauteils 1 anzuordnen, dass unerwünschte Bewegungen des Einlegeteils 4 verhindert werden, kann eine Vorfixierung des Einlegeteils 4 vorgesehen sein. Eine solche Vorfixierung des Einlegeteils 4 kann beispielsweise durch die äußere Geometrie des Einlegeteils 4 und die entsprechende Geometrie der Ausnehmung 3 des Karosseriebauteils 1 erreicht werden. In sämtlichen dargestellten Ausführungsformen ist dies sehr gut erkennbar. Zur Vorfixierung des Einlegeteils 4 in dem Karosseriebauteil 1 könnte auch ein Blechteil, eine Clipsverbindung oder ähnliches verwendet werden.
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Zur Herstellung des Karosseriebauteils 1 wird in die Ausnehmung 3 des Karosseriebauteils 1 das Einlegeteil 4 eingebracht. Anschließend wird das Karosseriebauteil 1 mit dem sich darin befindlichen Einlegeteil 4 mittels Kathodentauchlackierung lackiert. Nach dieser Lackierung wird zwischen die äußere Wandung 2 und das Einlegeteil 4 sowie in den Teilbereich 8 des inneren Hohlraums 5 des Einlegeteils 4 der Strukturschaum eingebracht. Durch diese Reihenfolge des Verfahrens kann ein Strukturschäum 6 verwendet werden, der nicht für eine Kathodentauchlackierung geeignet ist, wodurch es möglich ist, Kosten einzusparen.
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Allerdings ist es auch möglich, statt des Polyurethanschaums einen auf Epoxidharz basierenden oder einen anderen, bei einer Kathodentauchlackierung einsetzbaren Schaum zu verwenden, wodurch es grundsätzlich möglich wäre, den Strukturschaum 6 vor der Lackierung aufzubringen. Dies würde jedoch die Kosten erhöhen.
