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Die Erfindung betrifft eine Bodenstruktur für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, ein Verfahren zur Herstellung einer Bodenstruktur für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug.
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Zur Verringerung der für das Fahren benötigten Energie ist die Reduktion des Gewichts von Kraftfahrzeugen eine zentrale Aufgabe bei deren Konstruktion. Mit steigendem Gesamtgewicht nimmt der Energieverbrauch pro Strecke im Allgemeinen stark zu. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Elektromotoren hängt die Reichweite und damit die praktische Anwendbarkeit deshalb eng mit dem Gesamtgewicht zusammen. Es werden folglich hohe Ansprüche an eine Gewichtsreduktion gestellt, was sich in der gestiegenen Verbreitung der Leichtbauweise widerspiegelt. Allerdings ist im Sinne einer Ressourcen schonenden und effizienten Fahrzeugkonzeption auch bei konventionell angetriebenen Kraftfahrzeugen eine Gewichtsreduktion wünschenswert.
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Ein wesentliches Element ist das Ersetzen herkömmlicher Stahlbauteile durch Kunststoffe oder Kompositwerkstoffe, wie beispielsweise Faser-Kunststoff-Verbundstoffe. Diese Stoffe zeichnen sich durch hohe Steifigkeiten und Festigkeiten bei niedrigem Gewicht aus. Diese können mit Stahlteilen kombiniert werden, beispielsweise zur Ableitung oder Verteilung von Lasten, um den Anforderungen hinsichtlich Stabilität sowie Betriebs- und Crashsicherheit gerecht zu werden. Mit optimierten Fertigungsverfahren lassen sich weitere Vorteile hinsichtlich der Produktionskosten erreichen.
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Die Anbindung von Anbauteilen an aus Kunststoffen oder Faser-Kunststoff-Verbundstoffen hergestellten Bauteilen, beispielsweise in Sandwichbauweise, ist eine zentrale Herausforderung. Die lokale Einleitung von Kräften in Kunststoffe analog zu Konstruktionen mit Stahlbauteilen ist schwierig, da Kunststoffe nicht die Festigkeiten von Stahl erreichen. Es sind im Stand der Technik einige Lösungen zur Befestigung derartiger Anbauteile bekannt.
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Die
DE 102 03 829 A1 beschreibt eine Befestigungsanordnung für einen aus Kunststoff bestehenden Fahrzeugkörper eines Kraftfahrzeugs. Ein Befestigungsteil ist in einer Öffnung einer Mehrkomponenten-Kunststoffplatte angeordnet und verbindet diese in lösbarer Weise mit einer metallischen Abstützung. Beispielsweise wird eine metallische Hülse in die Kunststoffplatte eingebettet, um Kräfte von daran befestigten Teilen aufzunehmen.
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Ein Beispiel einer Anwendung von Faser-Kunststoff-Verbundstoffen ist die Bodenstruktur von Kraftfahrzeugen. Es ist bekannt, dass diese aus Faser-Kunststoff-Verbundstoffen hergestellt werden kann. Die
DE 10 2005 024 263 A1 beschreibt einen Kunststoff-Karosserieboden für ein Fahrzeug, an dem auf dichte Weise Anbauteile angebracht werden können. Der Karosserieboden umfasst eingegossene Befestigungshülsen, in die Befestigungsmittel für Anbauteile eingeschraubt werden können. Diese Befestigungshülsen werden beispielsweise genutzt, um rechts und links liegende Sitzträger am Karosserieboden zu befestigen.
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Insbesondere die Anbindung der Gurtschlösser an die Bodenstruktur stellt eine Herausforderung dar, da im Crashfall hier hohe Kräfte wirken. In der
FR 3 009 258 A1 wird eine Befestigung für eine Aufrolleinrichtung für einen Sicherheitsgurt an einem Längsträger eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Bei Fahrzeugen mit Böden aus einem Verbundmaterial werden dabei Abstandhalter angeordnet, die im Bereich des Verbundmaterials einen Abstand zwischen der Befestigung und dem Längsträger realisieren, in welchem das Verbundmaterial angeordnet ist.
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In der
WO 2008 099 128 A2 wird ein Bodenaufbau beschrieben, welcher ein Faser-Kunststoff-Verbund und ein Spritzpressteil aus Polymerharz umfasst. Diese sind derart aneinander befestigt, dass sie einen Hohlraum ausbilden. Die Teile nähern sich im Bereich der Befestigung eines Gurtschlosses aneinander an, so dass das Gurtschloss an beiden Teilen befestigt wird.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Bodenstruktur für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Bodenstruktur für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen mit denen die Anforderungen an die Sicherheit der Insassen bei einem niedrigen Gesamtgewicht auf einfache und kostengünstige Weise erfüllt werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Bodenstruktur für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch das Verfahren zur Herstellung einer Bodenstruktur für ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Bodenstruktur sind in den Unteransprüchen 2-6 angegeben, eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist im Unteranspruch 8 beschrieben. Weiterhin wird ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 mit einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Anspruch 10 zur Verfügung gestellt.
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Ein erster Aspekt der Erfindung ist eine Bodenstruktur für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug. Diese umfasst ein zumindest teilweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff und insbesondere aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestelltes erstes Bauteil, insbesondere eine Oberschale, sowie einen im Wesentlichen länglichen metallischen Querträger, wobei der Querträger am ersten Bauteil fixiert ist. Weiterhin umfasst die Bodenstruktur eine Zugkraftaufnahmeeinrichtung, insbesondere eine Anschlusseinrichtung zum Anschluss eines Gurtschlosses und/oder das Gurtschloss selbst, welche auf der dem Querträger gegenüberliegenden Seite des ersten Bauteils angeordnet ist. Die Zugkraftaufnahmeeinrichtung ist dabei mittels wenigstens eines Befestigungsmittels, insbesondere mittels Schrauben und/oder Nieten, durch das erste Bauteil hindurch form- und/oder kraftschlüssig mit dem Querträger verbunden.
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Die Bodenstruktur ist insbesondere eine tragende Bodenstruktur, umfassend einen endlosfaserverstärktem Faser-Kunststoff-Verbund, auch als Organoblech bezeichnet, welcher konstruktiv den Verlauf der Lastpfade in der Karosseriestruktur berücksichtigt. Das erste Bauteil ist dabei insbesondere ein langfaserig oder kurzfaserig mit Glasfasern verstärkter thermoplastischer Kunststoff wie beispielsweise Polypropylen oder Polyamid. Der Kunststoff kann weiterhin Brandschutzadditive umfassen. Als Fasern können beispielsweise E-Glasfasern genutzt werden.
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Insbesondere ist der Querträger in bestimmungsgemäßer Ausrichtung eines die Bodenstruktur aufweisenden Kraftfahrzeugs unterhalb des ersten Bauteils angeordnet. Der Querträger weist vorzugsweise eine Längserstreckung auf, die wesentlich größer ist als jede der beiden Quererstreckungen, wobei auch plattenförmige Querträger nicht ausgenommen sind. Die äußere Querschnittsform des Querträgers kann beispielsweise ein Rechteckprofil mit einem angeschlossenen Steg sein. Der Querträger kann im Sinne einer Leichtbauweise in seiner Innenstruktur ein Fachwerk aufweisen. Beispielsweise kann der Querträger aus Stahl hergestellt sein. Die Form des Querträgers kann derart ausgestaltet sein, dass seine Oberseite eine große Auflagefläche für das erste Bauteil zur Verfügung stellt, um Druckkräfte auf den Querträger zu übertragen.
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Die Fixierung des Querträgers am ersten Bauteil bedeutet, dass der Querträger fest am ersten Bauteil angeordnet ist. Es ist dabei nicht auszuschließen, dass eine Beschichtung, eine Folie oder ein ähnliches, insbesondere dünnes, Element zwischen Querträger und erstem Bauteil angeordnet ist. Typischerweise kontaktiert das erste Bauteil den Querträger. Beispielsweise umfließt bei der Herstellung der Bodenstruktur das Material des ersten Bauteils in einem flüssigen Zustand den Querträger und stellt mit der Aushärtung eine kraft-, stoff- und/oder formschlüssige Verbindung mit dem Querträger her.
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Der Querträger ist vorzugsweise mechanisch mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden. Beispielsweise ist er an Längsträger angeschlossen, welche wiederum an der Fahrzeugkarosserie befestigt sind bzw. Teile der Fahrzeugkarosserie sind.
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Die Zugkraftaufnahmeeinrichtung kann beispielsweise ein Mittellager zur Anbindung des Gurtschlosses sein. Sie ist auf der dem Querträger gegenüberliegenden Seite des ersten Bauteils angeordnet, also in bestimmungsgemäßer Ausrichtung oberhalb des ersten Bauteils angeordnet.
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Die Anbindung der Zugkraftaufnahmeeinrichtung am Querträger ist insbesondere zur Übertragung von Zugkräften und Scherkräften eingerichtet, die von einem an die Zugkraftaufnahmeeinrichtung angeschlossenen Sicherungsgurt in die Zugkraftaufnahmeeinrichtung eingeleitet werden und über das oder die Befestigungsmittel in den Querträger eingeleitet werden. Aufgrund dessen Verbindung mit der Karosserie wirken im Crashfall keine oder nur geringe Druckkräfte von dem Querträger auf das erste Bauteil, so dass es nicht zu einer Überlastung des ersten Bauteils kommt.
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Die erfindungsgemäße Anbindung der Zugkraftaufnahmeeinrichtung ist sicher und einfach und gewährleistet einen optimalen Schutz der Insassen im Crashfall.
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In einer Ausführungsform der Bodenstruktur ist am ersten Bauteil auf der Seite des Querträgers ein Schaumstoff-Volumenelement angeordnet und an der dem ersten Bauteil gegenüberliegenden Seite des Schaumstoff-Volumenelements ist ein zumindest teilweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff und insbesondere aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestelltes zweites Bauteil, insbesondere eine Unterschale, angeordnet.
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Mit anderen Worten wird eine Komposit-Baueinheit zur Verfügung gestellt, welche zwei Halbschalen aus einem Faser-Kunststoff-Verbund sowie eine dazwischenliegende geschäumte Schicht, insbesondere aus Polyurethanschaum, aufweist. Dabei ist das erste Bauteil, auch als Oberschale bezeichnet, mit dem Querträger verbunden. Das Schaumstoff-Volumenelement ist insbesondere vor und/oder hinter dem Querträger und an dem ersten Bauteil angeordnet. In Ausrichtung des Fahrzeugs unterhalb des Querträgers und unterhalb des Schaumstoff-Volumenelements ist das zweite Bauteil, auch als Unterschale bezeichnet, angeordnet. Auch hier können weitere Schichten, beispielsweise aufgebrachte Beschichtungen, Folien o. Ä. angeordnet sein. Der Querträger ist somit insbesondere zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil eingebettet. Die beiden Bauteile sowie das Schaumstoff-Volumenelement können dabei im Wesentlichen zweidimensionale Formen aufweisen. Mit anderen Worten ist die Bodenstruktur als zweischalige Sandwichstruktur mit Schaumstoffkern realisiert.
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Um bei der Herstellung des ersten Bauteils die Kompatibilität zwischen Fasern und Kunststoff zu gewährleisten, kann, wenn das Bauteil Polypropylen umfasst, beispielsweise Maleinsäureanhydrid als Faser-Matrix-Koppler eingesetzt werden. Der Kunststoff weist im flüssigen Zustand insbesondere gute Fließeigenschaften auf. Das hier genannte gilt ebenso für alle nachfolgend beschriebenen Faser-Kunststoff-Verbundstoffe.
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Sowohl das erste als auch das zweite Bauteil können weiterhin metallische Einleger zur Lastverteilung, beispielsweise Stahlinlays, aufweisen. Weiterhin kann die Bodenstruktur zur Lastverteilung weitere metallische Profile, beispielsweise Strangpressprofile aus Stahl oder Aluminium, aufweisen. Diese können an den Querträger angeschlossen sein. Die metallischen Strukturen können aus warmgehärtetem und/oder mikrolegiertem Blechwerkstoff bestehen, beispielsweise mit erhöhter Streckgrenze. Zum Beispiel kann als Werkstoff H420LA genutzt werden. Die metallischen Strukturen können durch einen hohen Elastizitätsmodul, hohe Festigkeiten, eine geringe Kriechneigung und duktiles Verhalten die Eigenschaften der Bodenstruktur verbessern. Die verwendeten Kunststoffe ermöglichen dagegen gute Möglichkeiten zur Funktionalisierung und gute Dämpfungseigenschaften.
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Es können weiterhin vielfältige funktionelle Elemente in die Sandwichstruktur integriert werden. Beispielsweise sind Flammschutzadditive möglich. Es können Dämmmatten oder andere schalldämmende Elemente angeordnet werden. Auch ist es möglich, Elemente zur mechanischen Versteifung und/oder elektrische Kabel oder ähnliches zu integrieren.
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Durch die Anordnung einer Bodenstruktur in Sandwichbauweise werden signifikante Gewichtseinsparungen erreicht. Somit werden Kohlendioxid-Emissionen verringert und die Performance von Elektrofahrzeugen in der Nutzungsphase erhöht. Weiterer Vorteil ist, dass keine geschlossenen Bauweisen mit strukturellen Dopplungen auftreten. Durch Funktionsintegration wird der Bauraum optimal ausgenutzt und die Fertigung und Montage sind schnell ausführbar. Weiterhin besticht das beschriebene Mischbaukonzept durch ein positives Life-Cycle-Assessment.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Bodenstruktur ist in oder an dem Querträger wenigstens ein Gewindeelement zur Aufnahme eines Befestigungsmittels, insbesondere einer Schraube, angeordnet.
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Beispielsweise ist eine Buchse mit einem Innengewinde angeordnet, die fest mit dem Querträger verbunden ist. Sie kann z. B. mit diesem verschweißt sein. Alternativ kann ein mit einem Außengewinde versehener Bolzen am Querträger angeordnet sein. Ein derartiges Gewindeelement kann an allen Positionen, an denen Anbauteile befestigt werden sollen, angeordnet sein. Auch eine Befestigung des Sitzes an dem Querträger kann mittels eines derartigen Gewindeelements realisiert werden. Das beschriebene Gewindeelement hat den Vorteil, dass damit eine einfache und wenig fehleranfällige Positionierung und Fixierung von Anbauteilen möglich ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist auf einer Oberfläche des ersten Bauteils und/oder des zweiten Bauteils ein im Wesentlichen aus einem nichtmetallischen Werkstoff und insbesondere aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestelltes Verstärkungselement angeordnet, wobei das Verstärkungselement zumindest stoffschlüssig mit dem ersten Bauteil bzw. mit dem zweiten Bauteil verbunden ist.
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Es kann ein thermoplastisches Tape, beispielsweise ein unidirektionales Tape zur mechanischen Verstärkung der Bauteile bzw. der Bodenstruktur angeordnet sein. Insbesondere ist dieses aus dem gleichen Material hergestellt wie das Bauteil, an welchem es aufgebracht wird, und wird mit diesem mittels Erwärmung stoffschlüssig verbunden. Als Tape kann beispielsweise das Material PA6CF genutzt werden. Typischerweise werden derartige Tapes an unterschiedlichen Positionen und evtl. mit unterschiedlichen Faserrichtungen auf das Bodenmodul aufgebracht.
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Der sich ergebende Vorteil ist, dass lokale Lastspitzen verteilt werden können. Somit kann durch das Einbringen gerichteter Faserstrukturen bei minimaler Bauteilmasse eine maximale mechanische Stabilität bzw. Festigkeit erreicht werden.
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In einer Ausgestaltung der Bodenstruktur weist diese wenigstens einen Längsträger auf, dessen Längserstreckung im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung des Querträgers verläuft. Der Längsträger ist dabei kraft-, stoff- und/ oder formschlüssig mit dem Querträger verbunden. Das heißt, dass der Längsträger bei bestimmungsgemäßem Gebrauch entlang der Fahrtrichtung eines die Bodenstruktur aufweisenden Fahrzeugs ausgerichtet ist.
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Der Längsträger, auch als hybride Längsstruktur ausgestaltet und beispielsweise als Aufprallträger ausgeführt, ist insbesondere mit dem Querträger verschraubt oder verschweißt sowie mit der Karosserie verbunden. Durch die feste Verbindung mit dem Querträger werden also die entstehenden Kräfte vom Querträger in den Längsträger übertragen. In der Funktion als Aufprallträger ist er geeignet, im Crashfall Kräfte aufzunehmen und dabei eine Verformung zu erfahren.
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Der Längsträger verläuft vorzugsweise im Wesentlichen in der Ebene der ersten Halbschale, beispielsweise an einem Abschnitt des ersten Bauteils und parallel zu diesem angeordnet. Der Längsträger kann beispielsweise an den Seiten des Schaumstoff-Volumenelements bzw. an den Seiten des ersten und/oder zweiten Bauteils anliegen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Bodenstruktur weist der Querträger zumindest auf einer wenigstens einem Teil des ersten Bauteils zugewandten Seite eine strukturierte und/oder profilierte Oberfläche und/oder eine Haftschicht zur Realisierung einer stoff-, form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit dem ersten Bauteil auf.
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Beispielweise kann der Werkstoff des Querträgers profiliert sein, also etwa mit Strukturelementen wie einem Lochbild versehen. Er kann weiterhin strukturiert sein, also z. B. mit einer aufgerauten Oberfläche mit mindestens Rz 25 ausgestaltet sein. Auch kann der Querträger mit einer Oberflächenhaftschicht versehen werden, wie z. B. mit einem Polyamidbasierten Haftvermittler. Es können beispielsweise Hinterschneidungen erzielt werden. Der wesentliche Vorteil ist, dass auf diese Weise eine form- und stoffschlüssige Verbindung zwischen Kunststoff- und Metallteil realisiert werden kann.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bodenstruktur für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrofahrzeug. Dieses umfasst die Schritte Bereitstellen eines zumindest teilweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff und insbesondere aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestellten ersten Bauteils, insbesondere einer Oberschale, Bereitstellen eines im Wesentlichen länglichen metallischen Querträgers, sowie Bereitstellen einer Zugkraftaufnahmeeinrichtung, insbesondere einer Anschlusseinrichtung zum Anschluss eines Gurtschlosses und/oder des Gurtschlosses selbst. Es erfolgt ein Fixieren des Querträgers am ersten Bauteil, ein Positionieren der Zugkraftaufnahmeeinrichtung an der dem Querträger gegenüberliegenden Seite des ersten Bauteils sowie ein form- und/oder kraftschlüssiges Verbinden der Zugkraftaufnahmeeinrichtung durch das erste Bauteil hindurch mit dem Querträger mittels wenigstens eines Befestigungsmittels, insbesondere mittels Schrauben und/oder Nieten.
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Insbesondere wird der Querträger dabei derart an einer Seite des ersten Bauteils befestigt, dass seine Längserstreckung quer zu einer Fahrtrichtung eines die Bodenstruktur aufweisenden Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist.
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Das beschriebene Verfahren ist insbesondere geeignet, die erfindungsgemäße Bodenstruktur herzustellen. Es ist geeignet, Bodenstrukturen in einer kostengünstigen Großserienfertigung herzustellen. Weiterhin werden die Fertigungszeiten verringert, die Bauteilqualität gesteigert sowie der Montageaufwand reduziert.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung einer Bodenstruktur umfasst dieses weiterhin die folgenden Schritte, die insbesondere vor dem Verbinden der Zugkraftaufnahmeeinrichtung mit dem Querträger erfolgen: Bereitstellen eines zumindest teilweise aus einem nichtmetallischen Werkstoff und insbesondere aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestellten zweiten Bauteils, insbesondere einer Unterschale; Positionieren des zweiten Bauteils an der dem ersten Bauteil gegenüberliegenden Seite des Querträgers und Fixieren des ersten und zweiten Bauteils in Bezug zueinander, wobei das erste und das zweite Bauteil zumindest bereichsweise voneinander beabstandet sind; Anordnen eines Schaumstoff-Volumenelements an dem ersten und/oder dem zweiten Bauteil, insbesondere durch Schäumen eines Schaumstoffs im Bereich des Abstands zwischen den Bauteilen.
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Das Positionieren des zweiten Bauteils an der dem ersten Bauteil gegenüberliegenden Seite des Querträgers meint, dass das zweite Bauteil in bestimmungsgemäßer Ausrichtung an der Unterseite des Querträgers angeordnet wird. Beispielsweise kann das zweite Bauteil an einer Seite des ersten Bauteils positioniert und fixiert werden. Dabei kann zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil ein Hohlraum ausgebildet werden und das Anordnen des Schaumstoff-Volumenelements erfolgt mittels Schäumen des Schaumstoffs in dem Hohlraum. Alternativ kann eines der Bauteile mit dem Schaumstoff-Volumenelement versehen werden und anschließend an das andere angebunden werden.
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Insbesondere erfolgt zuvor die Herstellung des ersten und zweiten Bauteils. Dies erfolgt typischerweise mittels In-Line-Compoundieren, also im Direktverfahren, aus Fasern, Kunststoff, ggf. weiteren Elementen, wie beschrieben, und/oder Additiven. Insbesondere wird das Fließpressverfahren genutzt. Damit können sehr lange Fasern im ersten bzw. zweiten Bauteil erreicht werden, was hohe mechanische Festigkeiten ermöglicht.
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Bei einer Wandstärke von 5-6 mm kann dabei eine Kühlungszeit von 45 Sekunden realisiert werden. Somit kann im Laborbetrieb alle 120 Sekunden ein Bauteil hergestellt werden. Das Einlegen ins Presswerkzeug kann mittels Roboter oder Nadelgreifer erfolgen. Das Aufheizen kann beispielsweise in einem Paternoster-Umlaufofen und/oder mittels einer Infrarot-Erhitzung erfolgen. Das Verpressen zum ersten bzw. zweiten Bauteil kann mittels einer parallelaufgeregelten Oberkolbenpresse realisiert werden.
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Insbesondere sind das erste und das zweite Bauteil derart angeordnet, dass sie einen Hohlraum aufweisen. In diesem wird der Querträger angeordnet und anschließend wird der Hohlraum mit Schaum ausgefüllt.
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Insbesondere werden das erste und zweite Bauteil in ein Presswerkzeug gelegt und verpresst. Anschließend erfolgt die Einbringung des Schaumstoff-Volumenelements, insbesondere mittels Schäumen im Hohlraum zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil.
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Der Montageaufwand ist durch die Fertigung im beschriebenen, automatisiert ausführbaren, Direktverfahren wesentlich gesenkt. Durch die integrale Bauweise werden weniger Bauteile benötigt als bei herkömmlichen Herstellungsverfahren für Bodenstrukturen mit Stahlblechen oder bei nachträglicher Montage der einzelnen Komponenten.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Bodenstruktur aufweist.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist leicht und somit energieeffizient. Es weist dennoch durch die feste Anordnung des Gurtschlosses und die damit verbundene Ableitung der Zugkräfte ohne Belastung des Kunststoffes der Bodenstruktur auch im Crashfall einen optimalen Insassenschutz auf.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs ist wenigstens ein Teil eines Sitzes am Querträger befestigt, so dass die Gewichtskraft des Sitzes sowie eventuell darauf sitzender Personen zumindest teilweise auf den Querträger übertragbar ist.
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Der Querträger ist also zur zumindest anteiligen Aufnahme der Gewichtskraft wenigstens eines Sitzes sowie eventuell darauf sitzender Personen angeordnet und eingerichtet. Mit anderen Worten dient ein Sitzquerträger neben der mechanischen Befestigung des Sitzes auch der mechanischen Befestigung des Gurtschlosses. Sitzquerträger sind vorhanden, um Lasten der Sitze in die Karosserie einzuleiten. Diese können vorteilhafterweise genutzt werden, um im Lastfall die Zugkräfte des Gurtschlosses abzufangen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen
- 1: eine Explosionszeichnung einer erfindungsgemäßen Bodenstruktur vor dem Anbringen der Zugkraftaufnahmeeinrichtung,
- 2: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Bodenstruktur für ein Kraftfahrzeug,
- 3: eine Explosionszeichnung einer erfindungsgemäßen Bodenstruktur mit modifiziertem Querträger,
- 4: eine perspektivische Darstellung eines Details einer erfindungsgemäßen Bodenstruktur, sowie
- 5: eine perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bodenstruktur von schräg unten mit einem Detail.
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1 zeigt in einer Explosionszeichnung die einzelnen Bauteile einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bodenstruktur 10 vor der Anbindung der Zugkraftaufnahmeeinrichtung 20. Zentrale Elemente ist das als Organoblech-Ober- bzw. Unterschale ausgeführte, aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestellte, erste 12 und zweite Bauteil 14. Dazwischen sind ein Schaumstoff-Volumenelement 24 sowie ein Querträger 16 angeordnet. Die Bodenstruktur ist in Leichtbauweise als Sandwich-Struktur hergestellt. Der Querträger 16 ist direkt unterhalb des ersten Bauteils 12 angeordnet, mit welchem er kraftschlüssig und - unter Zuhilfenahme von Strukturierungen bzw. Aufrauungen seiner Oberfläche mittels gebildeter Hinterschneidungen - formschlüssig verbunden ist.
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Rechts und links, an den Seiten der gebildeten Sandwichstruktur, welche das erste 12 und zweite Bauteil 14 sowie das Schaumstoff-Volumenelement 24 und den Querträger 16 umfasst, sind Aufprallträger bzw. Längsträger 18 angeordnet, die der mechanischen Anbindung der Bodenstruktur 10 an die Karosserie sowie der mechanischen Stabilisierung der Bodenstruktur 10, insbesondere im Crashfall, dienen. An den seitlichen Längsträgern 18 sind rechts und links Achslagerböcke 32 zur Befestigung der Achslager angeordnet. Oberhalb des ersten Bauteils 12 befindet sich die Sitzmulde 30. Am zweiten Bauteil 14 sind aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestellte Verstärkungselemente 26 angeordnet, die stoffschlüssig mit diesem verbunden werden.
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In 2 ist dargestellt, wie aus den vorgefertigten Baugruppen Oberschale 40 und Unterschale 42 unter Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Bodenstruktur hergestellt wird. Die Baugruppe Oberschale 40, umfassend den bereits form- und stoffschlüssig verbundenen Querträger 16, wird ebenso wie die Baugruppe Unterschale 42, umfassend zwei seitlich angeordnete Längsträger 18, in eine Presse 48 eingelegt. Dies erfolgt automatisiert mittels wenigstens eines Roboters 50 und unter Ausbildung eines Hohlraums zwischen den Baugruppen. Unter Mischung zweier Komponenten A und B in einer Dosier- und Mischeinrichtung 49 wird ein Schaum erzeugt und in dem Hohlraum zwecks Ausbildung des Schaumstoff-Volumenelements 24 geschäumt. Die Entnahme der vorläufigen Baugruppe Boden hinten 44 erfolgt mittels eines Roboters 50.
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Es erfolgt das Montage der Baugruppe Fahrwerksanbindung 46 sowie des Gewindeelements 28 und der Zugkraftaufnahmeeinrichtung 20. Das Gewindeelement 28 wird in den Querträger 16 eingebracht und die Zugkraftaufnahmeeinrichtung 20, hier als Anschlusseinrichtung zum Anschluss eines Gurtschlosses ausgestaltet, wird auf der dem Querträger 16 gegenüberliegenden Seite des ersten Bauteils 12 positioniert und durch das erste Bauteil 12 hindurch mit dem im Querträger 16 angeordneten Gewindeelement 28 verschraubt. Die unteren Darstellungen zeigen unterschiedliche perspektivische Ansichten der fertiggestellten Bodenstruktur 10.
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Eine Ausführungsform mit einem modifizierten Querträger 16 ist in 3 dargestellt. Hier wird die Zugkraftaufnahmeeinrichtung 20 mittels eines Gewindeelements 28 sowie mittels des Befestigungsmittels 22 Nieten am Querträger 16 befestigt. Der Querträger 16, dessen äußere Form ein rechteckiger Querschnitt mit einem seitlich an dessen Unterseite angeschlossenen Steg ist, weist in seinem Inneren eine Fachwerkstruktur auf. An dem seitlichen Steg wird die Zugkraftaufnahmeeinrichtung 20 durch das erste Bauteil 12 hindurch befestigt. Das zweite Bauteil 14, nämlich die Organoblech-Unterschale, weist auch in dieser Ausführungsform aus einem Faser-Kunststoff-Verbund hergestellte Verstärkungselemente 26 auf. Vorn, oberhalb des ersten Bauteils und auf dem Querträger 16 positioniert befindet sich die Sitzmulde 30. Die Lasten des Sitzes sowie etwaig darauf sitzender Personen werden durch den Querträger 16 abgetragen, der somit ein Sitzquerträger ist. Zum Abtragen von Lasten im Crashfall sowie zur Anordnung an der Karosserie sind auch hier rechts und links liegende Aufprallträger bzw. Längsträger 18 angeordnet.
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4 zeigt ein Detail der Anbindung der Zugraftaufnahmeeinrichtung 20, ausgeführt als komplex geformte Anschlusseinrichtung zum Anschluss eines Gurtschlosses, an die Bodenstruktur 10. Die Zugkraftaufnahmeeinrichtung 20 ist oberhalb des ersten Bauteils 12 positioniert und durch dieses hin durch mit dem darunter liegenden Querträger 16 (nicht dargestellt) verbunden. Als Befestigungsmittel 22 dienen Nieten.
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In 5 ist der Querträger 16 als flächiges Blech ausgeführt. Die Zugkraftaufnahmeeinrichtung 12 ist mittels Niet 22 und Unterlegscheibe daran befestigt. Darüber ist die Sitzmulde 30 angeordnet. Auch hier weist das zweite Bauteil 14 Verstärkungselemente 26 auf und rechts und links sind Längsträger 18 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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| Bodenstruktur |
10 |
| Erstes Bauteil |
12 |
| Zweites Bauteil |
14 |
| Querträger |
16 |
| Längsträger |
18 |
| Zugkraftaufnahmeeinrichtung |
20 |
| Befestigungsmittel |
22 |
| Schaumstoff-Volumenelement |
24 |
| Verstärkungselement |
26 |
| Gewindeelement |
28 |
| Sitzmulde |
30 |
| Achslagerbock |
32 |
| Baugruppe Oberschale |
40 |
| Baugruppe Unterschale |
42 |
| Vorläufige Baugruppe Boden hinten |
44 |
| Baugruppe Fahrwerksanbindung |
46 |
| Presse |
48 |
| Dosier- und Mischeinrichtung |
49 |
| Roboter |
50 |
| Erste Komponente |
A |
| Zweite Komponente |
B |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10203829 A1 [0005]
- DE 102005024263 A1 [0006]
- FR 3009258 A1 [0007]
- WO 2008099128 A2 [0008]
