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Die Erfindung betrifft einen Karosserieträger mit mindestens einem Außenblech, einem Innenblech und einer Verstärkungsstruktur, die in einem von dem Innenblech und dem Außenblech begrenzten Hohlraum angeordnet ist und Rippen umfasst, die sich von dem Außenblech in Richtung Innenblech erstrecken, und mit einem expandierten Strukturschaum, der dazu dient, die Verstärkungsstruktur mit dem Innenblech zu verbinden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Karosserieträgers.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 000 450 A1 ist eine Trägerstruktur für ein Fahrzeug mit einem ersten mit Druck zu belastenden Profilteil und einem zweiten auf Zug zu belastenden Profilteil bekannt, die miteinander verbunden sind und ein hohles Strukturelement bilden, mit einem innerhalb des Strukturelements angeordneten Verstärkungselement und einem expandierten Klebematerial, über welches das Strukturelement mit dem Verstärkungselement verbunden ist, wobei lediglich teilweise zwischen Strukturelement und Verstärkungselement das expandierte Klebematerial angeordnet ist, wobei das Verstärkungselement zumindest einen zum zweiten Profilteil weisenden Abschnitt aufweist, der im Querschnitt von zumindest drei Seiten vom expandierten Klebematerial umgeben ist, wobei das erste Profilteil mit dem Verstärkungselement als Hybridbauteil ausgebildet ist, an dem das zweite Profilteil, das auf der dem Hybridbauteil zugewandten Seite zumindest auf einem Teil der Länge eine Zwischenlage aus expandiertem Klebematerial aufweist, im Flanschbereich direkt befestigt ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 037 459 A1 ist ein Träger zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug bekannt, mit mindestens zwei, ein hohles geschlossenes Trägerprofil bildenden Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil ein schalenförmiges Profil aufweist und ein zweites Bauteil einen Anteil mit schalenförmigem Profil aufweist, wobei die beiden Bauteile in deren schalenförmigen Bereichen aneinanderliegen und miteinander verbunden sind, wobei das zweite Bauteil einen rippenförmigen Anteil aufweist und sich dieser im Bereich einer Innenwandung des ersten Bauteils an diesem abstützt, wobei der schalenförmige Anteil und der rippenförmige Anteil des zweiten Bauteils zwei unabhängig voneinander hergestellte Teile sind, die nach der Herstellung mittels Fügetechnik, zum Beispiel mittels Kleben, miteinander verbunden werden. Aus der deutschen Veröffentlichung
DE 11 2015 001 712 T5 ist ein Fahrzeugrahmenkonstruktion bekannt, umfassend: ein längliches hohles Rahmenelement mit einer Vielzahl von Innenseiten; und ein aus einem thermoplastischen Polymer gebildetes und in dem länglichen hohlen Rahmenelement angeordnetes Verstärkungselement zur Verstärkung jeder Innenseite des länglichen hohlen Rahmenelements in einer relativ zu einer Längsachse des länglichen hohlen Rahmenelements orthogonal ausgerichteten Ebene, wobei im Verstärkungselement Aussparungen definiert sind, sodass das Verstärkungselement entlang Teilen davon von jeder Innenseite beabstandet ist, wobei Strukturschaum zwischen das Verstärkungselement und das längliche hohle Rahmenelement eingefügt ist, wobei der Strukturschaum ein wärmeaktivierter Epoxidschaum ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, besonders stabile und extrem hoch belastbare Karosserieträger mit einem Außenblech, einem Innenblech und einer Verstärkungsstruktur zu schaffen, die in einem von dem Innenblech und dem Außenblech begrenzten Hohlraum angeordnet ist und Rippen umfasst, die sich von dem Außenblech in Richtung Innenblech erstrecken, und mit einem expandierten Strukturschaum, der dazu dient, die Verstärkungsstruktur mit dem Innenblech zu verbinden.
Die Aufgabe ist bei einem Karosserieträger mit einem Außenblech, einem Innenblech und einer Verstärkungsstruktur, die in einem von dem Innenblech und dem Außenblech begrenzten Hohlraum angeordnet ist und Rippen umfasst, die sich von dem Außenblech in Richtung Innenblech erstrecken, und mit einem expandierten Strukturschaum, der dazu dient, die Verstärkungsstruktur mit dem Innenblech zu verbinden, dadurch gelöst, dass die Verstärkungsstruktur mindestens drei Rippen umfasst, die sich in Richtung Innenblech erstrecken und von denen mindestens eine der beiden äußeren Rippen durch den expandierten Strukturschaum mit dem Innenblech verbunden ist. So kann über mindestens eine der beiden äußeren Rippen eine stabile und extrem hoch belastbare Verbindung zwischen dem Außenblech und dem Innenblech dargestellt werden. Die mindestens eine Rippe zwischen den beiden äußeren Rippen braucht vorteilhaft nicht durch den expandierten Strukturschaum mit dem Innenblech verbunden zu werden. Das heißt, der Hohlraum zwischen dem Innenblech und dem Außenblech, der nicht mit der Verstärkungsstruktur ausgefüllt ist, braucht auch nicht mit dem expandierten Strukturschaum ausgefüllt zu werden. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung des Karosserieträgers erheblich.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Karosserieträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur mindestens eine Rippe umfasst, die sich in Richtung Innenblech erstreckt und mit ihrem freien Ende von dem Innenblech beabstandet ist. Dadurch wird die Herstellung des Karosserieträgers weiter vereinfacht. Trotzdem bleibt der Karosserieträger aufgrund der Verbindung zwischen Innenblech und Außenblech über mindestens eine der beiden äußeren Rippen der Verstärkungsstruktur extrem hoch belastbar.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Karosserieträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur mindestens zwei Rippen umfasst, die sich, im Querschnitt betrachtet, zwischen den zwei äußeren Rippen in Richtung Innenblech erstrecken und mit ihren freien Enden unterschiedlich weit von dem Innenblech beabstandet sind. Dadurch kann die Stabilität und/oder Festigkeit des Karosserieträgers auf einfache Art und Weise weiter erhöht werden. Gemäß einem besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel sind, im Querschnitt betrachtet, zwischen den zwei äußeren Rippen drei Rippen angeordnet, von denen die mittlere Rippe kürzer als die beiden ihr benachbarten Rippen und auch kürzer als die beiden äußeren Rippen der Verstärkungsstruktur ist.
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Bei einem Karosserieträger mit einem Außenblech, einem Innenblech und einer Verstärkungsstruktur, die in einem von dem Innenblech und dem Außenblech begrenzten Hohlraum angeordnet ist und Rippen umfasst, die sich von dem Außenblech in Richtung Innenblech erstrecken, und mit einem expandierten Strukturschaum, der dazu dient, die Verstärkungsstruktur mit dem Innenblech zu verbinden, insbesondere bei einem vorab beschriebenen Karosserieträger, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass eine äußere Rippe mit einem freien Ende, im Querschnitt betrachtet, seitlich außen durch den expandierten Strukturschaum mit dem Innenblech verbunden ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine stabile Befestigung zwischen dem Außenblech und dem Innenblech über die Verstärkungsstruktur dargestellt.
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Bei einem Karosserieträger mit einem Außenblech, einem Innenblech und einer Verstärkungsstruktur, die in einem von dem Innenblech und dem Außenblech begrenzten Hohlraum angeordnet ist und Rippen umfasst, die sich von dem Außenblech in Richtung Innenblech erstrecken, und mit einem expandierten Strukturschaum, der dazu dient, die Verstärkungsstruktur mit dem Innenblech zu verbinden, insbesondere bei einem vorab beschriebenen Karosserieträger, ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass eine äußere Rippe mit einem freien Ende durch den expandierten Strukturschaum sowohl mit dem Innenblech als auch mit dem Außenblech verbunden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Innenblech direkt durch den expandierten Strukturschaum mit dem Außenblech verbunden. Das liefert den Vorteil, dass der expandierte Strukturschaum gleichzeitig zum Abdichten zwischen Innenblech und Außenblech genutzt werden kann.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Karosserieträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet ist. Bei dem Kunststoffmaterial handelt es sich vorzugsweise um ein thermoplastisches Kunststoffmaterial. In das Kunststoffmaterial sind zur Verstärkung Verstärkungsfasern eingebettet, vorzugsweise Glasfasern. Als Verstärkungsfasern können alternativ oder zusätzlich auch Aramidfasern, Basaltfasern, Naturfasern und/oder Kohlenstofffasern verwendet werden. Bei dem Kunststoffmaterial handelt es sich zum Beispiel um Polyamid.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Karosserieträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Innenblech und das Außenblech aus Metall gebildet und über korrespondierende Flansche flächig und/oder punktförmig und/oder linienförmig miteinander verbunden sind. Bei dem Metall handelt es sich zum Beispiel um Aluminium oder um Stahl. Bei dem Stahl handelt es sich vorzugsweise um einen hochfesten oder um einen ultrahochfesten Stahl.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Karosserieträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur mindestens einen vertieften Aufnahmebereich für den Strukturschaum aufweist. Der vertiefte Aufnahmebereich für den Strukturschaum ist zum Beispiel als Kanal ausgeführt, der zur Aufnahme der zum Beispiel aufextrudierten Schaumraupe und zu deren Schutz im weiteren Logistikprozess dient.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Karosserieträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Außenblech mit einem Metall-Verstärkungsblech kombiniert ist, das sich in mindestens eine äußere Rippe der Verstärkungsstruktur erstreckt. Über das Metall-Verstärkungsblech kann die äußere Rippe der Verstärkungsstruktur besonders stabil mit dem Außenblech verbunden werden. Das Metall-Verstärkungsblech ist vorzugsweise stoffschlüssig, mit dem Außenblech verbunden. Ein Teil des Metall-Verstärkungsblechs ist vorteilhaft mit der äußeren Rippe der Verstärkungsstruktur umspritzt.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Karosserieträgers ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass ein expandierbarer Strukturschaum in Form von Raupen an zwei äußeren Rippen der Verstärkungsstruktur angebracht wird, bevor der Strukturschaum in dem montierten Karosserieträger expandiert, um das Außenblech über die Verstärkungsstruktur mit dem Innenblech zu verbinden. Der Strukturschaum wird auf das Hybridbauteil aus dem Außenblech mit der Verstärkungsstruktur zum Beispiel mittels Spritzgießen oder mittels Auftragens in Form einer Raupe entlang der Bauteilgeometrie, insbesondere parallel zu den Flanschen, aufgetragen. Der Strukturschaum expandiert dann vorteilhaft während eines Lackierprozesses, insbesondere während des Trocknens einer kathodischen Tauchlackierung.
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Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch ein Kraftfahrzeug mit einem vorab beschriebenen Karosserieträger. Bei dem Karosserieträger handelt es sich vorzugsweise um eine A-Säule, insbesondere eines Cabrios. Bei dem Karosserieträger kann es sich aber auch um eine B-Säule eines geschlossenen Kraftfahrzeugs handeln. Je nach Ausführung kann der Karosserieträger auch ein Stirnwandquerträger des Kraftfahrzeugs sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Karosserieträger einen seitlichen Dachrahmen darstellen, der zur Verbindung zwischen einer A-Säule und einer B-Säule dient. Durch den beanspruchten Karosserieträger kann für höchste Belastungen eine deutliche Gewichtsreduktion erreicht werden. Darüber hinaus ist der beanspruchte Karosserieträger kostengünstig, auch in Großserien, herstellbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 einen Karosserieträger gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit zwei expandierenden Strukturschaumraupen im Querschnitt;
- 2 den Karosserieträger aus 1 mit expandiertem Strukturschaum und
- 3 den Karosserieträger aus 1 mit expandiertem Strukturschaum gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im Querschnitt.
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In den 1 bis 3 sind zwei Ausführungsbeispiele eines Karosserieträgers 1; 41 im Querschnitt dargestellt. Der Karosserieträger 1; 41 umfasst ein Außenblech 2 und ein Innenblech 3. Das Außenblech 2 hat ein im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil, von dem zwei Flansche 4.2 und 5.2 ausgehen.
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Das Innenblech 3 hat ebenfalls ein im Wesentlichen U-förmiges Profil, von dem zwei Flansche 4.3 und 5.3 ausgehen. Über die Flansch 4.2, 5.2 und 4.3, 5.3 ist das Außenblech 2 stoffschlüssig mit dem Innenblech 3 verbunden.
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Dass Außenblech 2 und das Innenblech 3 begrenzen einen Hohlraum 6. In dem Hohlraum 6 ist eine Verstärkungsstruktur 10; 30 angeordnet.
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Der Karosserieträger 1; 41 dient zur Darstellung einer A-Säule in einem Kraftfahrzeug. Die Flansche 5.2 und 5.3 sind in einer Fahrtrichtung eines mit dem Karosserieträger 1; 41 ausgestatteten Kraftfahrzeugs vorne, das heißt zu einer Frontscheibe des Kraftfahrzeugs hin, angeordnet. Die beiden Flansche 4.2 und 4.3 sind in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs hinten, das heißt zu einer Tür des Kraftfahrzeugs hin, angeordnet.
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Die Flansche 4.2, 4.3 und 5.2, 5.3 sind zur Darstellung einer stabilen Verbindung vorteilhaft sowohl geklebt als auch punktgeschweißt. Dabei sind die Flansche 4.2 und 5.2 einstückig mit dem Außenblech 2 verbunden. Die Flansche 4.3 und 5.3 sind einstückig mit dem Innenblech 3 verbunden. Das Innenblech 3 und das Außenblech 2 sind vorteilhaft aus einem ultrahochfesten, warm umgeformten Stahl gebildet.
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Der in den 1 und 2 dargestellte Karosserieträger 1 umfasst zur Verstärkung zusätzlich ein Metall-Verstärkungsblech 7, ein Organoblech 8 und ein Verstärkungsblech 9. Das Metall-Verstärkungsblech 7 ist vorteilhaft ebenso wie das Verstärkungsblech 9 aus einem ultrahochfesten, warm umgeformten Stahl gebildet. Das Organoblech 8 ist vorteilhaft aus einem Polyamid gebildet, in das zur Verstärkung Endlosfasern eingebettet sind.
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Das Metall-Verstärkungsblech 7 ist stoffschlüssig mit dem Außenblech 2 verbunden. Das Organoblech 8 ist stoffschlüssig mit dem Metall-Verstärkungsblech 7 verbunden. Somit ist das Metall-Verstärkungsblech 7 zwischen dem Außenblech 2 und dem Organoblech 3 angeordnet.
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Ein in den 1 und 2, im Querschnitt betrachtet, oberes Ende des Metall-Verstärkungsblechs 7 ragt in den Hohlraum 6 und ist mit einer äußeren Rippe 11 der Verstärkungsstruktur 10 umspritzt. Die Verstärkungsstruktur 10 ist aus einem Polyamid gebildet, in das zur Verstärkung Kurzglasfasern eingebettet sind.
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Eine äußere Rippe 15 der Verstärkungsstruktur 10 ist über das Metall-Verstärkungsblech 7 und das Organoblech 8 mit einer Basis 18 der Verstärkungsstruktur 10 verbunden.
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Von der Basis 18 der Verstärkungsstruktur 10 gehen drei Rippen 12, 13, 14 aus, die sich zwischen den äußeren Rippen 11 und 15 von dem Außenblech 2 genauer gesagt von dem Organoblech 8 beziehungsweise der Basis 18 in Richtung des Verstärkungsblechs 9 erstrecken, das stoffschlüssig mit dem Innenblech 3 verbunden ist.
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Eine mittlere Rippe 13 ist kürzer als ihre benachbarten Rippen 12 und 14 ausgeführt. Die Rippen 12 und 14 sind geringfügig von dem Verstärkungsblech 9 und dem Innenblech 3 beabstandet.
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In 1 sieht man, dass seitlich außen, also in 1 oben, eine Strukturschaumraupe 21 in einem vertieften Aufnahmebereich 25 der äußeren Rippe 11 angeordnet ist. Die Strukturschaumraupe 21 hat hauptsächlich Kontakt zu der äußeren Rippe 11. Die Strukturschaumraupe 21 hat aber auch Kontakt zu einem freien Ende des Metall-Verstärkungsblechs 7, das in die äußere Rippe 11 eingebettet ist.
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An einem freien Ende der äußeren Rippe 15 ist eine Strukturschaumraupe 22 in einem vertieften Aufnahmebereich 26 der äußeren Rippe 15 angeordnet. Die Strukturschaumraupe 22 hat hauptsächlich Kontakt zu der äußeren Rippe 15. Die Strukturschaumraupe 22 hat aber auch Kontakt zu dem Außenblech 2.
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Der in 1 dargestellte Karosserieträger 1 wird in einem kathodischen Tauchlackierverfahren lackiert. Zum Korrosionsschutz wird der Lack unter Wärmeeinwirkung eingebrannt. Beim Einbrennen wird der Karosserieträger 1 Temperaturen von zum Beispiel einhundertachtzig bis einhundertneunzig Grad Celsius ausgesetzt. Dabei expandiert der Strukturschaum, der in Form der Strukturschaumraupen 21, 22 an den äußeren Rippen 11 und 15 angebracht ist.
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In 2 ist der expandierte Strukturschaum mit 23 und 24 bezeichnet. Beim Expandieren quillt der Strukturschaum 23, 24 auf und verklebt gleichzeitig mit dem Innenblech 2. Beim Ausreagieren wird der Strukturschaum 23, 24 hart und schafft über die Verstärkungsstruktur 10 eine zusätzliche stabile Verbindung zwischen dem Außenblech 2 und dem Innenblech 3. Dadurch wird in dem Hohlraum 6 eine stabile Abstützung zwischen dem Innenblech 3 und dem Außenblech 2 realisiert.
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Bei dem in 3 dargestellten Karosserieträger 41 ist in dem Hohlraum 6 eine Verstärkungsstruktur 30 mit fünf Rippen 31 bis 35 angeordnet, die den Rippen 11 bis 15 des in den 1 und 2 dargestellten Karosserieträgers 1 entsprechen. Die Verstärkungsstruktur 30 umfasst eine Basis 38, die stoffschlüssig mit dem Außenblech 2 verbunden ist.
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Die Rippen 31 bis 35 sind einstückig mit der Basis 38 verbunden. Im Unterschied zu dem in den 1 und 2 dargestellten Karosserieträger 1 umfasst der Karosserieträger 41 kein Metall-Verstärkungsblech (7 in 1) und kein Organoblech (8 in 1). Dadurch können die Herstellkosten reduziert werden.
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Die äußeren Rippen 31 und 35 der Verstärkungsstruktur 30 sind, ebenso wie bei dem in den 1 und 2 dargestellten Karosserieträger 1, durch den expandierten Strukturschaum 54, 55 fest mit dem Innenblech 3 beziehungsweise mit dem Innenblech 3 und dem Außenblech 2 verbunden.
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Das Einbringen des Strukturschaums erfolgt, wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel, in Form von Strukturschaumraupen 51, 52, die in vertieften Aufnahmebereichen 55, 56 der äußeren Rippen 31 und 35 angeordnet werden, bevor der Karosserieträger 41 einem kathodischen Tauchlackierverfahren unterzogen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011000450 A1 [0002]
- DE 102010037459 A1 [0002]
- DE 112015001712 T5 [0002]
