DE102018000950A1

DE102018000950A1 - Befestigungsanordnung und Verfahren zur Befestigung eines im Crashfall auf Druck beanspruchten FKV-Profilbauteils in einer Fahrzeugkomponente

Info

Publication number: DE102018000950A1
Application number: DE102018000950.6A
Authority: DE
Inventors: Florian Meyer; Florian Eidmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-02-06
Filing date: 2018-02-06
Publication date: 2019-08-08
Anticipated expiration: 2038-02-07
Also published as: CN110116608A; CN110116608B; DE102018000950B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung zur Befestigung eines im Crashfall auf Druck beanspruchten FKV-Profilbauteils (300) in einer Kraftfahrzeugkomponente (100, 200), wobei das FKV-Profilbauteil (300) an seinen beiden Enden ausschließlich mithilfe von Steckverbindungen mit der Kraftfahrzeugkomponente (100, 200) verbunden und mittels dieser Steckverbindungen in Längsrichtung (L) schwimmend gelagert ist.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Befestigungsanordnung, sowie eine Fahrzeugtür und eine Fahrzeugbatterie, die wenigstens ein entsprechend befestigtes FKV-Profilbauteil (300) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung und ein Verfahren zur Befestigung eines im Crashfall auf Druck beanspruchten FKV-Profilbauteils in einer Kraftfahrzeugkomponente.
Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeugtür und eine Fahrzeugbatterie als bevorzugte Kraftfahrzeugkomponenten, die wenigstens ein im Crashfall auf Druck beanspruchtes FKV-Profilbauteil aufweisen.
Die Crashsicherheit diverser Kraftfahrzeugkomponenten kann durch vorgegebene Lastpfade verbessert werden. Hierfür eignen sich aufgrund des geringen Gewichts, der guten Verfügbarkeit und der hohen Festigkeiten insbesondere aus Faserkunststoffverbund gebildete Profilbauteile (Faserkunststoffverbund-Profilbauteile werden im Rahmen der Erfindung als FKV-Profilbauteile bezeichnet), die in den betreffenden Komponenten verbaut werden.
Die Befestigung von FKV-Profilbauteilen ist mitunter sehr aufwendig. Beim Fügen mit Metallbauteilen muss außerdem eine unterschiedliche Wärmeausdehnung berücksichtigt werden (Delta-Alpha-Problematik). Die WO 2016/015970 A1 beschreibt eine Verbindungsanordnung zwischen einem Faserkunstoffverbund-Profilteil und einem Karosserierahmenteil und ein Verfahren zu deren Herstellung. Das Ende des Faserkunstoffverbund-Profilteils wird auf ein Zwischenstück aufgesteckt und mit dem Zwischenstück verklebt sowie gegebenenfalls noch mit einer fließlochformenden Schraube festgeschraubt. Es sind Freilaufzonen vorhanden, die eine unterschiedliche Wärmeausdehnung ermöglichen.
Mit der Erfindung soll eine Befestigungsanordnung und ein Verfahren zur einfachen Befestigung eines im Crashfall auf Druck beanspruchten FKV-Profilbauteils bereitgestellt werden.
Dies wird erreicht durch die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs. Mit zwei weiteren nebengeordneten Patentansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf eine Fahrzeugtür sowie auf eine Fahrzeugbatterie. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das FKV-Profilbauteil an seinen (beiden) Enden ausschließlich mithilfe von Steckverbindungen mit der Kraftfahrzeugkomponente verbunden bzw. an der Kraftfahrzeugkomponente befestigt ist und ferner mittels dieser Steckverbindungen bzw. an diesen Steckverbindungen in (seiner) Längsrichtung auch schwimmend gelagert ist.
Erfindungsgemäß wird das FKV-Profilbauteil an beiden axialen Enden also nur über ein formschlüssiges Verbinden mittels Steckverbindungen befestigt. Ein Verkleben, Verschrauben, Vernieten, Verstiften oder dergleichen ist ausdrücklich nicht vorgesehen. (D. h., die Steckverbindungen sind verklebungs-, verschraubungs- und vernietungsfrei.) Die Steckverbindungen ermöglichen ein besonders einfaches, schnelles, energiearmes und emissionsfreies Fügen des FKV-Profilbauteils, was insbesondere in der Serienfertigung vorteilhaft ist.
Die Steckverbindungen sind ferner so beschaffen, dass das FKV-Profilbauteil nicht starr (wie beim Verkleben, Verschrauben oder Vernieten) befestigt, sondern in seiner Längsrichtung schwimmend gelagert ist und sich somit in definierten Grenzen bewegen kann. Die schwimmende Lagerung kann auch als längsbewegliche Einbauweise bezeichnet werden. Die schwimmende Lagerung ermöglicht einerseits unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen dem FKV-Profilbauteil und den anderen Bauteilen der Kraftfahrzeugkomponente. Andererseits wird aber auch die Fertigungsflexibilität gesteigert, da das FKV-Profilbauteil bereits zu einem frühen Zeitpunkt eingefügt werden kann (bspw. schon vor einem KTL-Durchlauf; s. u.). Aus der schwimmenden Lagerung ergibt sich im Hinblick auf Fertigungstoleranzen auch eine einfachere Vorfertigung und Montage. Ferner ergeben sich Kosteneinsparungen.
Aufgrund der schwimmenden Lagerung kann sich das FKV-Profilbauteil relativ zur Fahrzeugkomponente, insbesondere lose, hin- und herbewegen. Der axiale Bewegungsspielraum beträgt bspw. 0,3 mm bis 5,0 mm, bevorzugt 0,5 mm bis 2,0 mm, wobei dies auch der ermöglichten Wärmeausdehnung entspricht. Bevorzugt wird eine zu erwartende Wärme- bzw. Temperaturausdehnung (bzw. ein Delta-Alpha-Wert) berechnet und genau soviel Bewegungsspielraum zugelassen. Im Falle eines Crashs wird der Bewegungsspielraum aufgebraucht und das FKV-Profilbauteil schließlich bestimmungsgemäß auf Druck belastet (axiale Druckbeanspruchung). Die Steckverbindungen sind entsprechend ausgebildet.
Das FKV-Profilbauteil kann jeden geeigneten Querschnitt (Profil) aufweisen und ist bevorzugt als T-Profil, U-Profil oder Hohlprofil, insbesondere mit geschlossenem Querschnitt (z. B. mit Rund-, Oval- oder Rechteckquerschnitt), ausgebildet. Das FKV-Profilbauteil ist bevorzugt aus CFK oder GFK gebildet und kann bspw. mittels Pultrusion (Strangziehen) hergestellt und dann auf die vorgesehene Länge zugeschnitten werden. Pultrusionsprofile sind vergleichsweise günstig, leicht und sehr stabil. Das FKV-Profilbauteil kann aber auch z. B. durch Wickeln oder Flechten hergestellt sein.
Die Kraftfahrzeugkomponente kann Steckelemente aufweisen, wobei die Enden des FKV-Profilbauteils und die Steckelemente, insbesondere in axialer Fügerichtung, ineinandergesteckt sind. D. h., die Enden des FKV-Profilbauteils sind auf die Steckelemente aufgesteckt oder in die Steckelemente eingesteckt. Die Steckelemente können als separate Elemente ausgebildet und in geeigneter Weise an der Kraftfahrzeugkomponente befestigt sein. Die Steckelemente können aus Metall oder aus Kunststoff gefertigt sein, wobei aus Kunststoff gefertigte Steckelemente eine elektrochemische Reaktion verhindern können. Die axiale Überdeckung zwischen den Steckelementen und den ein- bzw. aufgesteckten Enden des FKV-Profilbauteils ist so bemessen, dass die Enden nicht Herausrutschen können und beträgt bspw. 1 mm bis 5 mm.
Zumindest eines der Steckelemente kann einen Anschlagpuffer (für das betreffende Ende des FKV-Profilbauteils) aufweisen, wie bspw. einen Gummipuffer, einen Schaumstoffeinleger oder eine Feder, mit dem das Hin- und Herbewegen des FKV-Profilbauteils gedämpft wird.
Zumindest ein Ende des FKV-Profilbauteil kann am betreffenden Steckelement auch festgeklemmt werden. Die Klemmung kann ein loses Hin- und Herschlagen des FKV-Profilbauteils verhindern (das FKV-Profilbauteil kann sich erst beim Überschreiten der Klemmkräfte bewegen), ohne jedoch die Wärmeausdehnung zu beeinträchtigen. Durch die Klemmung kann das FKV-Profilbauteil aber auch quer zur Längsrichtung fixiert werden. Das Festklemmen kann z. B. durch eine Presspassung oder mithilfe einer einfachen Klemmmechanik am Steckelement (z. B. ein Federbügel oder dergleichen) erfolgen. Die Klemmung kann auch mithilfe eines auf das betreffende Ende bzw. auf beide Enden des FKV-Profilbauteils aufgebrachten Schrumpfschlauchs herbeigeführt werden.
Das FKV-Profilbauteil kann zusätzlich bzw. ergänzend zu den Steckverbindungen an seinen Enden auch in seinem mittleren Bereich an der Kraftfahrzeugkomponente abgestützt sein. Insbesondere kann durch die Abstützung im Crashfall ein Ausknicken verhindert oder zumindest erschwert werden. Im Bereich der mittigen Abstützung kann ebenfalls eine Klemmung (s. o.) vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass beim Zusammenbau bzw. während der Montage der Kraftfahrzeugkomponente die Enden des FKV-Profilbauteils und die Steckelemente, insbesondere in axialer Fügerichtung, einfach nur ineinandergesteckt werden (d. h. ohne andere Fügeprozesse). Vorzugsweise sind die anderen Bauteile der Kraftfahrzeugkomponente Metallbauteile, insbesondere Aluminium- und/oder Stahlbauteile, die eine andere Wärmeausdehnung als das FKV-Profilbauteil aufweisen. Das FKV-Profilbauteil wird an seinen Enden lediglich über einen Formschluss an den anderen Bauteilen befestigt, derart, dass eine unterschiedliche Wärmeausdehnung ermöglicht ist, wie oben erläutert.
Die Kraftfahrzeugkomponente ist demnach bevorzugt ein Zusammenbauteil bzw. eine Baugruppe aus mehreren Einzeltbaueilen. Die Kraftfahrzeugkomponente kann Bestandteil einer Fahrzeugkarosserie sein, wie bspw. eine Bodengruppe oder ein Dachaufbau. Die Kraftfahrzeugkomponente kann aber auch ein Karosserieanbauteil sein, wie bspw. eine Frontklappe oder Fahrzeugtür. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung werden FKV-Bauteile bislang erst nach einem kathodischen Tauchlackieren (KTL-Prozess) eingebracht (bspw. in einem zweite Rohbau). Mit der Erfindung kann der Zusammenbau der betreffenden Kraftfahrzeugkomponente, einschließlich wenigstens eines FKV-Profilbauteils, allerdings schon vor dem kathodischen Tauchlackieren (KTL-Prozess) der Fahrzeugkarosserie bzw. des Karosserieanbauteils erfolgen. D. h., nach dem Zusammenbau der Kraftfahrzeugkomponente bzw. nach dem Einbau des FKV-Profilbauteils ist ein kathodisches Tauchlackieren, einschließlich Durchlauf durch einen Trocknungsofen (bei ca. 160 °C bis 200 °C), möglich. Das FKV-Profilbauteil hat dann aufgrund seiner schwimmenden Lagerung ausreichend Spiel zur Wärmeausdehnung. Die Fertigungsabfolge wird dadurch erheblich vereinfacht, ferner werden Raum-, Zeit- und Kostenaufwände reduziert.
Die Kraftfahrzeugkomponente kann demnach eine Fahrzeugtür (Karosserieanbauteil) sein, mit wenigstens einem im Crashfall auf Druck beanspruchten FKV-Profilbauteil, welches mit einer erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß hergestellten Befestigungsanordnung an bzw. in der Rohbautür (dies ist die Türstruktur bzw. der Türrahmen ohne Anbau- und Verkleidungsteile) befestigt ist.
Die Kraftfahrzeugkomponente kann aber bspw. auch ein Fahrzeugeinbauteil sein, wie bspw. eine Fahrzeugbatterie (oder zumindest ein Batteriegehäuse bzw. ein Batteriekasten), insbesondere eine Fahr- bzw. Traktionsbatterie, mit wenigstens einem im Crashfall auf Druck beanspruchten FKV-Profilbauteil, welches mit einer erfindungsgemäßen bzw. erfindungsgemäß hergestellten Befestigungsanordnung im Batteriegehäuse (Batteriekasten), insbesondere im Gehäuseunterteil, befestigt ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

1 zeigt eine Fahrzeug-Rohbautür mit einem daran befestigten FKV-Profilbauteil.
2 zeigt das Gehäuseunterteil einer Fahrzeugbatterie mit einem darin befestigten FKV-Profilbauteil.
3 veranschaulicht schematisch die erfindungsgemäße Befestigung des in 1 und 2 gezeigten FKV-Profilbauteils an der Rohbautür bzw. am Gehäuseunterteil.

1 zeigt die zu einer Fahrzeugtür gehörende Rohbautür 100 (ohne Außenhaut). In der aus Aluminium- und/oder Stahl gefertigten Rohbautür 100 ist in nachfolgend noch näher erläuterter Weise ein im Crashfall auf Druck beanspruchtes FKV-Profilbauteil 300 befestigt. Das FKV-Profilbauteil 300 bildet im Crashfall einen Lastpfad (Drucklastpfad) zur Erhöhung der Crashsicherheit, insbesondere bei einem sogenannten Small Overlap Crash.
2 zeigt das zu einem Batteriegehäuse bzw. Batteriekasten gehörende Gehäuseunterteil (Unterschale) 200. Das Gehäuseunterteil 200 ist wannenartig ausgebildet und weist einen Boden 210, eine Wandung bzw. Seitenwände 220 und Trennwände 230 auf. In dem Gehäuseunterteil 200 können in bekannter Weise Batteriemodule angeordnet werden. In dem Gehäuseunterteil 200 ist zwischen den Seitenwänden 210 in nachfolgend noch näher erläuterter Weise ein im Crashfall auf Druck beanspruchtes FKV-Profilbauteil 300 befestigt. Das FKV-Profilbauteil 300 bildet im Crashfall einen Lastpfad (Drucklastpfad) zum Schutz der Batteriemodule. Das FKV-Profilbauteil 300 erstreckt sich insbesondere quer zur Fahrtrichtung und bildet einen Seitencrashschutz.
3 veranschaulicht die erfindungsgemäße Befestigung des FKV-Profilbauteils 300 an der Rohbautür 100 bzw. am Gehäuseunterteil 200. Das beispielhaft als Rohr (Pultrusionsrohr) ausgebildete FKV-Profilbauteil 300 ist an seinen beiden axialen Enden ausschließlich mithilfe von Steckverbindungen befestigt (d. h., das FKV-Profilbauteil 300 ist nur gesteckt) und ist an diesen Steckverbindungen auch schwimmend gelagert, sodass sich dieses in seiner Längs- bzw. Axialrichtung L hin- und herbewegen kann, wie mit dem Doppelpfeil veranschaulicht. Die mit den Steckverbindungen ermöglichte axiale Beweglichkeit erlaubt unterschiedliche Wärmeausdehnungen des FKV-Profilbauteils 300 und der Rohbautür 100 bzw. des Gehäuseunterteils 200.
Die Befestigungsanordnung zur Befestigung des FKV-Profilbauteils 300 umfasst zwei Steckelemente 310, die unterschiedlich oder auch identisch ausgebildet sein können. Die als separate Elemente ausgebildeten und vorzugsweise einstückig aus Kunststoff gefertigten Steckelemente 310 sind in geeigneter konventioneller Weise an der Rohbautür 100 bzw. am Gehäuseunterteil 200 (d. h. an dessen Wandung 210) befestigt, bspw. angeklebt, angeschraubt und/oder angenietet. Die Steckelemente 310 können auch direkt an der Rohbautür 100 bzw. am Gehäuseunterteil 200 ausgebildet sein. Die Enden des FKV-Profilbauteils 300 und die schuhartig ausgebildeten Steckelemente 310 sind formschlüssig ineinandergesteckt, sodass sich axiale Überdeckungen U ergeben. An seinem linken Ende ist das FKV-Profilbauteil 300 ferner am Steckelement 310 festgeklemmt, das hierzu mit Federbügeln 320 oder dergleichen ausgebildet ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt an beiden Enden des FKV-Profilbauteils 300 sowohl ein innerer als auch ein äußerer Formschluss mit den Steckelementen 310. Ebenso kann auch nur in innerer oder äußerer Formschluss vorgesehen sein. Beide Steckelemente 310 weisen zudem dämpfende Anschlagpuffer 330 auf.
Zusätzlich ist das FKV-Profilbauteil 300 mittig abgestützt. Die mittige Abstützung kann bspw. mithilfe wenigstens einer Muffe 340 oder dergleichen erfolgen, die an der Rohbautür 100 bzw. am Gehäuseunterteil 200 (bspw. an einer der Trennwände 230) angeordnet ist. Das FKV-Profilbauteil 300 ist in Längs- bzw. Axialrichtung L relativbeweglich in der Muffe 340 gelagert. Die Muffe 340 hat somit nicht nur eine Abstützfunktion, sondern auch eine Führungsfunktion. An der Muffe 340 kann auch eine Klemmung erfolgen.
Sowohl die Rohbautür 100 als auch das Gehäuseunterteil 200 sind Zusammenbauteile, insbesondere in sogenannter Mischbauweise (Materialmix). Das FKV-Profilbauteil 300 wird während des Zusammenbaus bzw. bei Montage der Rohbautür 100 bzw. des Gehäuseunterteils 200 durch Auf- oder Einstecken mit den Steckelementen 310 verbunden und wird dabei von den anderen, insbesondere metallischen, Bauteilen quasi so umschlossen bzw. umbaut, dass dieses nur formschlüssig in den Bauteilverbund eingebunden und über den Formschluss auch schwimmend gelagert und entsprechend geführt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/015970 A1 [0004]

Claims

Befestigungsanordnung zur Befestigung eines im Crashfall auf Druck beanspruchten FKV-Profilbauteils (300) in einer Kraftfahrzeugkomponente (100, 200), wobei das FKV-Profilbauteil (300) an seinen beiden Enden mit der Kraftfahrzeugkomponente (100, 200) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das FKV-Profilbauteil (300) an seinen Enden ausschließlich mithilfe von Steckverbindungen mit der Kraftfahrzeugkomponente (100, 200) verbunden und mittels dieser Steckverbindungen in Längsrichtung (L) schwimmend gelagert ist.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugkomponente (100, 200) mit Steckelementen (310) ausgebildet ist, wobei die Enden des FKV-Profilbauteils (300) und die Steckelemente (310) ineinandergesteckt sind.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Überdeckung (U) zwischen den Steckelementen (310) und den Enden des FKV-Profilbauteils (300) 1 mm bis 5 mm beträgt.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckelemente (3.10) mit Anschlagpuffern (330) ausgebildet sind.
Befestigungsanordnung nach Anspruch 2, 3, oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das FKV-Profilbauteil (300) an wenigstens einem der Steckelemente (310) festgeklemmt ist.
Befestigungsanordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das FKV-Profilbauteil (300) zusätzlich im mittleren Bereich an der Kraftfahrzeugkomponente (100, 200) abgestützt ist.
Verfahren zur Befestigung eines im Crashfall auf Druck beanspruchten FKV-Profilbauteils (300) in einer Kraftfahrzeugkomponente (100, 200) mit einer Befestigungsanordnung gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zusammenbau der Kraftfahrzeugkomponente (100, 200) die Enden des FKV-Profilbauteils (300) und die Steckelemente (310) ineinandergesteckt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend ein kathodisches Tauchlackieren erfolgt.
Fahrzeugtür, mit wenigstens einem im Crashfall auf Druck beanspruchten FKV-Profilbauteil (300), welches mit einer Befestigungsanordnung gemäß einem vorausgehenden Ansprüche 1 bis 6 an der Rohbautür (100) befestigt ist.
Fahrzeugbatterie, insbesondere Traktionsbatterie, mit wenigstens einem im Crashfall auf Druck beanspruchten FKV-Profilbauteil (300), welches mit einer Befestigungsanordnung gemäß einem vorausgehenden Ansprüche 1 bis 6 im Batteriegehäuse (200) befestigt ist.