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Die vorliegende Erfindung betrifft ein strukturverstärktes Hohlelement, insbesondere für eine Fahrzeugkarosserie, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeugkarosserie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
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Im Fahrzeugbau werden unter anderem zur Gewichtseinsparung und zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs Fahrzeugbleche, insbesondere eine Fahrzeugkarosserie bildende Fahrzeugbleche, bevorzugt dünn ausgelegt. Dieses Vorgehen steht jedoch in Konflikt zu den hohen Anforderungen an die Sicherheit von Fahrzeuginsassen, die in besonderem Maße von der Stabilität der Fahrzeugkarosserie beeinflusst ist. Daher werden gewöhnlich hochbelastete Teile der Fahrzeugkarosserie durch Zusatzmaßnahmen verstärkt.
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Eine gattungsgemäße strukturelle Verstärkung eines aus unterschiedlichen Blechteilen bestehenden Türgerippes einer Kraftfahrzeugtür zeigt beispielsweise die
US 2016 / 0 123 057 A1 (auch
DE 20 2014 008 599 U1 ). Die strukturelle Verstärkung ist in einem Scharnierbereich des Türgerippes vorgesehen. Hierbei wird ein eine Wandung aufweisendes, einen Hohlraum umschließendes Hohlelement verstärkt, indem zwischen zwei sich diametral gegenüberstehenden Wandungsabschnitten der Wandung eine den Hohlraum durchsetzenden Hülse im Hohlelement eingesetzt ist, an welcher sich die beiden Wandungsabschnitte abstützen. Hierdurch soll ein belastungsfähigerer Kraftaufnahmebereich im Türgerippe für die Verbindung zwischen der Kraftfahrzeugtür und dem Türgerippe geschaffen werden.
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Die
DE 10 2015110 436 B3 offenbart eine Fahrzeugstruktur, umfassend einen unteren Lastpfad mit einem Vorderachsträger, und ein Crashelement zur Aufnahme von Crashenergie resultierend aus einem Frontalcrash des Fahrzeugs mit geringer Überlappung, wobei das Crashelement am unteren Lastpfad angeordnet ist und sich vom unteren Lastpfad in die
Y-Richtung des Fahrzeugs weg von der Fahrzeugmitte erstreckt, und wobei das Crashelement derart am unteren Lastpfad abgestützt ist, dass Crashenergie auf den Vorderachsträger übertragen wird.
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Aus der
US 9 051 958 B2 ist ein Blindnietschraubbolzen bekannt, der einen Blindnieteinsatz mit einem Innengewinde aufweist, mit welchem ein Außengewinde des Schraubbolzens durch Einschrauben in den Blindnieteinsatz in Eingriff gebracht werden kann. Durch Einschrauben des Schraubbolzens in den Blindnieteinsatz wird dieser unter plastischer Verformung zusammengedrückt. Ein zwischen einem Bolzenkopf des Schraubbolzens und dem sich bei der plastischen Verformung des Blindnieteinsatzes radial nach außen ausstülpenden Material angeordnetes flächiges Element wird auf diese Weise eingeklemmt, so dass es sicher beispielsweise an einer Wand befestigt werden kann.
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Die
FR 2 848 355 B1 zeigt eine mittels eines Schraubbolzens an einem Motor befestigte, frei drehbare Laufrolle für eine Lichtmaschine. Hierbei wird eine Nabe der Laufrolle an einem zylindrischen Bolzenkopf zwischen zwei zueinander beabstandete, in radialer Richtung über den Bolzenumfang vorstehende Bolzenkrägen gelagert, so dass die Laufrolle gegen große axiale Verschiebung gesichert ist.
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Eine Schraubverbindung zur flüssigkeitsdichten Befestigung einer Kraftstoffverteilerleiste an einem Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors ist in der
US 2010 / 0 202 856 A1 beschrieben.
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Die
US 9 610 904 B2 (auch
DE 20 2013 103 548 U1 ) zeigt einen Steckstift mit einem Ü berschreitungsansch lag.
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Unter den zahlreichen auf dem Markt verfügbaren Schraubbolzen sind unter anderem auch solche bekannt, die zwischen einem an einem ersten axialen Bolzenende angebrachten, über den Bolzenumfang radial nach außen vorstehenden Bolzenkopf und einem an einem zum ersten axialen Bolzenende beabstandeten zweiten axialen Bolzenende angeordneten Schraubgewindeabschnitt einen über den Bolzenumfang radial nach außen vorstehenden Bolzenkragen aufweisen. Derartige Schraubbolzen sind beispielsweise unter der Produktbezeichnung TX-S935 erhältlich von Taishin Hardware Limited, China.
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Insbesondere im Fahrzeugbau werden zur Erzielung geringer Fahrzeuggewichte und gleichzeitig zur Umsetzung hoher Sicherheitsanforderungen häufig strukturelle Hohlraumkomponenten bzw. Hohlraumelemente zum Beispiel für die Fahrzeugkarosserie verwendet. Diese werden vorzugsweise aus Blechen einschalig oder mehrschalig, zum Beispiel zweischalig, ein- oder mehrwandig, beispielsweise doppelwandig, und dergleichen ausgeführt. In der Regel umschließen derartige Hohlraumkomponenten einen Hohlraum vollständig, insbesondere allseitig. Sie können jedoch auch lediglich einen geschlossenen Querschnitt aufweisen, beispielsweise rohrförmig mit im Wesentlichen rundem, ovalem oder eckigem Querschnitt und seitlich offen ausgebildet sein. Diese Hohlraumelemente bieten in erster Linie den Vorteil leicht und gleichzeitig stabil zu bauen.
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Häufig weisen strukturelle Hohlraumelemente Schweißnähte auf, zum Beispiel um zwei Schalenelemente miteinander stoffschlüssig zu verbinden. Es hat sich gezeigt, dass mit dem lokal hohen Wärmeeintrag beim Schweißen in das die Hohlraumkomponente bildende Blechmaterial eine lokale Materialschwächung im Bereich der Schweißnaht einhergeht. So verliert die Hohlraumkomponente zum Beispiel im Bereich um Schweißpunkte einer Punktschweißung an Festigkeit, was zu einem vorzeitigen Auseinanderreißen der Hohlraumkomponente bei extremer Belastung führen kann. Derartig hohe Belastungen können beispielsweise bei einem Fahrzeug-Crash auftreten, durch welche die Hohlraumkomponente in hohem Maße plastisch verformt wird. Das vorzeitige Auseinanderreißen der Hohlraumkomponente führt zum Verlust des von der intakten Hohlraumkomponente gebildeten wirksamen Querschnitts, so dass die Hohlraumkomponente nur eine relativ geringe Energiemenge absorbiert.
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Hierin nachstehend wird in Ergänzung zu dem zuvor verwendeten Begriff der Hohlraumkomponente bzw. des Hohlraumelements ein breiter auszulegender Begriff des Hohlelements verwendet. Ein solches Hohlelement soll die zuvor beschriebenen Ausgestaltungen eines Hohlraumkörpers beinhalten und außerdem auch Ausgestaltungen mit einer Wandung, die einen nicht geschlossenem Querschnitt aufweist, wie zum Beispiel ein Hohlelement mit einem U-förmigen, offenen Querschnitt.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, insbesondere strukturverstärktes, Hohlelement, zum Beispiel für eine Fahrzeugkarosserie, sowie eine verbesserte Fahrzeugkarosserie mit einem Hohlelement bereitzustellen, die trotz eines geringen Gewichts eine hohe Festigkeit aufweisen, so dass sie auch unter besonders hoher Belastung, zum Beispiel im Falle eines Fahrzeug-Crashs, eine hohe Stabilität bereitstellen und damit beispielsweise Fahrzeuginsassen durch eine hohe Energieabsorption vor Unfallschäden bewahren. Zudem sollen das Hohlelement sowie die Fahrzeugkarosserie einfach und kompakt bauen und ebenso unkompliziert in der Massenfertigung von Fahrzeugen einsetzbar sein.
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Diese Aufgabe wird durch ein strukturverstärktes Hohlelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Fahrzeugkarosserie mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß weist ein strukturverstärktes Hohlelement, insbesondere für eine Karosserie eines Fahrzeugs, eine einen Hohlraum wenigstens teilweise umschließende Wandung auf. Die Wandung erstreckt sich hierbei derart dreidimensional, das heißt im dreidimensionalen Raum, dass sie einen ersten Wandungsabschnitt mit einer ersten Öffnung und einen diesem diametral gegenüberstehenden, von diesem beabstandeten zweiten Wandungsabschnitt aufweist. Mit anderen Worten befindet sich wenigstens ein Teil des von dem strukturverstärkten Hohlelement umschlossenen Hohlraums zwischen dem ersten Wandungsabschnitt und dem zweiten Wandungsabschnitt. Eine sich lediglich zweidimensional, also eben, flach erstreckende Wandung fällt im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht unter diese Definition, eine beispielsweise im Querschnitt gesehen U-förmige Wandung jedoch schon, da sich die beiden, die jeweiligen freien U-Schenkel bildenden Wandungsabschnitte diametral voneinander beabstandet gegenüberstehen, so dass sich ein Teil des von dieser Wandung umschlossenen Hohlraums zwischen diesen beiden Wandungsabschnitten befindet.
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Der von einer Wandung eines anderen strukturverstärkten Hohlelements gebildete Querschnitt kann allgemein polygonal, zum Beispiel rechteckig, quadratisch, trapezförmig, dreieckig und dergleichen, ausgebildet sein, wobei der Polygonzug geschlossen oder offen sein kann, sofern sich zwei Wandungsabschnitte finden, die sich voneinander beabstandet diametral gegenüberstehen, so dass ein Teil des Hohlraums zwischen ihnen angeordnet ist.
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Ferner weist das strukturverstärkte Hohlelement gemäß der Erfindung einen Bolzen mit zwei axialen Bolzenenden auf, der an seinem ersten axialen Bolzenende einen Bolzenkopf aufweist, der in radialer Richtung über den Bolzenumfang zwischen den beiden axialen Bolzenenden vorsteht, wobei der Bolzenkopf einen größeren Durchmesser als die erste Öffnung im ersten Wandungsabschnitt aufweist, wobei der Bolzen mit seinem zweiten axialen Bolzenende voraus durch die erste Öffnung des ersten Wandungsabschnitts gesteckt ist. Das vom kopfseitigen ersten Bolzenende entfernte zweite axiale Bolzenende des Bolzens ist an dem zweiten Wandungsabschnitt axialverschiebungsfest befestigt. Zwischen einer Außenseite des ersten Wandungsabschnitts und einer dieser zugewandten Radialfläche des Bolzenkopfs verbleibt ein lichtes Maß.
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Mit anderen Worten weist der mit seinem zweiten axialen Bolzenende am zweiten Wandungsabschnitt axialverschiebungsfest angebrachte Bolzen eine derart große axiale Länge auf, dass der Bolzenkopf bzw. die der Außenseite des ersten Wandungsabschnitts zugewandte Radialfläche des Bolzenkopfs einen lichten Abstand zur Außenseite des ersten Wandungsabschnitts aufweist. Als lichtes Maß bzw. lichter Abstand ist hierin ein solcher Zwischenraum zwischen der Außenseite des ersten Wandungsabschnitts und der Radialfläche des Bolzenkopfs zu verstehen, der lediglich von der Umgebungsatmosphäre des strukturverstärkten Hohlelements gefüllt ist. Ein dauerhafter, direkter oder indirekter Kontakt, zum Beispiel vermittels einer Zwischen- bzw. Distanzscheibe, zwischen der Radialfläche des Bolzenkopfs und der Außenseite des ersten Wandungsabschnitts ist bei dem erfindungsgemäßen strukturverstärkten Hohlelement nicht gegeben.
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Sofern eine Zwischen- bzw. Distanzscheibe zwischen dem Bolzenkopf und dem ersten Wandungsabschnitt eingefügt sein sollte, was im Sinne der Erfindung möglich und von der vorstehend gegebenen Definition umfasst sein soll, so ist der Abstand zwischen der Radialfläche des Bolzenkopfs und der Außenseite des ersten Wandungsabschnitts in diesem Fall derart groß bemessen, dass dieser Abstand größer ist, als die Dicke (in axialer Richtung des Bolzens) der eingefügten Zwischenscheibe, so dass in jedem Fall ein lichtes Maß bzw. lichter Abstand zwischen der Radialfläche des Bolzenkopfs und der Außenseite des ersten Wandungsabschnitts selbst bei Einfügen der Zwischenscheibe verbleibt.
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Die axialverschiebungsfeste Befestigung des zweiten axialen Bolzenendes an dem zweiten Wandungsabschnitt kann stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig erfolgen, zum Beispiel durch Schweißen, Kleben, Nieten, Schrauben, Klemmen beispielsweise mittels Presspassung und dergleichen. Diese Art der Befestigung kann zum Beispiel auf einer Innenseite des zweiten Wandungsabschnitts erfolgen, was insbesondere bei einem offenen Querschnitt des strukturverstärkten Hohlelements, beispielsweise einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt, ohne großen Aufwand zu bewerkstelligen ist.
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Der besondere Vorteil des strukturverstärkten Hohlelements gemäß der Erfindung ist einerseits darin zu sehen, dass die mittels des Bolzens bewirkte Strukturverstärkung keinerlei negative Auswirkungen auf die Stabilität des strukturverstärkten Hohlelements zur bestimmungsgemäßen Aufnahme und Weiterleitung gewöhnlicher Kraftbelastungen hat, für die das Hohlelement als solches ausgelegt ist. Insbesondere ist durch den lichten Abstand zwischen dem Bolzenkopf und dem ersten Wandungsabschnitt gewährleistet, dass weder während der Montage des Bolzens am strukturverstärkten Hohlelement noch während der bestimmungsgemäßen Verwendung des strukturverstärkten Hohlelements durch normalerweise auftretende, wenn auch geringfügige elastische Verformungen der Wandung als Folge gewöhnlicher Krafteinwirkungen ein das strukturverstärkte Hohlelement schwächender Einfluss von dem Bolzen auf dieses ausgeübt wird, zum Beispiel in Gestalt einer unerwünschten Verformung der Wandung des strukturverstärkten Hohlelements aufgrund einer von dem Bolzen zwischen dem ersten und zweiten Wandungsabschnitt ausgeübten (hohen) Zugkraft/Zugspannung. Das lichte Maß zwischen dem Bolzenkopf und dem ersten Wandungsabschnitt gewährleistet, dass unter gewöhnlichen Belastungszuständen des strukturverstärkten Hohlelements von dem Bolzen keine derartige Krafteinwirkung auf die Wandung des strukturverstärkten Hohlelements ausgeht.
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In dem Fall jedoch, in dem auf das strukturverstärkte Hohlelement eine Kraft einwirkt, die seine formstabile Belastungsgrenze übersteigt und eine irreversible, dauerhafte, plastische Verformung des strukturverstärkten Hohlelements einleitet, wie sie beispielsweise bei einem Fahrzeug-Crash auftreten kann, gelangt der erste Wandungsabschnitt infolge seiner Verformung in Kontakt mit dem Bolzenkopf des Bolzens. Die der Außenseite des ersten Wandungsabschnitts zugewandte Radialfläche des Bolzenkopfs gelangt dann in formschlüssige Anlage an den ersten Wandungsabschnitt. Da der Bolzen axialverschiebungsfest am zweiten Wandungsabschnitt befestigt ist, unterbindet der Bolzen bzw. Bolzenkopf eine weitergehende Verformung des strukturverstärkten Hohlelements in Axialrichtung des Bolzens, was insbesondere ein vorzeitiges Auseinanderreißen des strukturverstärkten Hohlelements verhindert. Das auf diese Weise strukturverstärkte Hohlelement kann somit über einen längeren Zeitraum seiner plastischen Verformung die auf dieses einwirkende Kraft an andere Strukturen übertragen und zusätzlich einen größeren Energieanteil durch eigene plastische Verformung absorbieren.
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Die erhöhte Festigkeit des strukturverstärkten Hohlelements, insbesondere in den Fällen höchster, zu plastischen Verformungen des strukturverstärkten Hohlelements führender Belastungen, wird mit Hilfe des Bolzens in unkomplizierter, massenfertigungstauglicher Weise mit lediglich einer geringen Gewichtszunahme erreicht. Aufwendige Konstruktionsänderungen am strukturverstärkten Hohlelement selbst, zum Beispiel eine Erhöhung seiner Wandstärke, eine Veränderung seiner Geometrie, zusätzliche Verstärkungsrippen und/oder Verstärkungsflansche, sind somit nicht erforderlich, so dass das strukturverstärkte Hohlelement gemäß der Erfindung zudem baulich kompakt ausgeführt werden kann und im Vergleich zu herkömmlichen Strukturhohlelementen im Wesentlichen keinen größeren Bauraum beansprucht.
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Wie vorstehend dargelegt wurde, verleiht das strukturverstärkte Hohlelement gemäß der Erfindung beispielsweise bei seiner Verwendung an einem Fahrzeugaufbau dem Fahrzeug insgesamt eine höhere Stabilität, die den Fahrzeuginsassen insbesondere bei einem Fahrzeug-Crash eine erhöhte Sicherheit bietet, da das strukturverstärkte Hohlelement eine hohe Energieabsorptionfähigkeit besitzt.
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Die vorliegende Erfindung bietet darüber hinaus den weiteren Vorteil, dass sogar bereits existierende, herkömmliche Strukturhohlelemente mit nur geringem baulichem Aufwand in ein erfindungsgemäßes strukturverstärktes Hohlelement überführt werden können. Hierzu ist in einen ersten Wandungsabschnitt der das Hohlelement bildenden Wandung lediglich eine Öffnung einzubringen, durch die ein wie vorstehend beschriebener, einen Bolzenkopf aufweisender Bolzen steckbar ist, dessen zweites axiales Ende an einem zweiten, dem ersten Wandungsabschnitt diametral gegenüberstehenden Wandungsabschnitt axialverschiebungsfest befestigt wird. Eine derartige Strukturverstärkung eines herkömmlichen Hohlelements ist einfach durchführbar und erfordert im Wesentlichen keine aufwendigen Designänderungen am Hohlelement selbst, insbesondere zum Beispiel keine Erhöhung der Wandstärke oder eine veränderte geometrische Ausgestaltung, zusätzliche Verstärkungsrippen und/oder Verstärkungsflansche und dergleichen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der zweite Wandungsabschnitt ebenfalls eine Öffnung, also eine zweite Öffnung auf, durch die der Bolzen gesteckt ist, das heißt durch die im Wesentlichen das zweite axiale Bolzenende gesteckt ist. Damit ragt der Bolzen mit seinem zweiten axialen Bolzenende durch die zweite Öffnung des zweiten Wandungsabschnitts über eine Außenseite des zweiten Wandungsabschnitt hervor, so dass das zweite Bolzenende ohne großen Aufwand auch auf der Außenseite des zweiten Wandungsabschnitts an diesem axialverschiebungsfest befestigt werden kann, beispielsweise mit den vorstehend bereits erwähnten Befestigungstechniken.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das lichte Maß zwischen der Radialfläche des Bolzenkopfs und der Außenseite des ersten Wandungsabschnitts einen Wert größer 0, im Bereich von bevorzugt etwa 0,5 mm bis etwa 10 mm auf, bevorzugter etwa 1 mm bis etwa 7 mm und noch bevorzugter etwa 1,5 mm bis etwa 5 mm. Auf diese Weise lässt sich einerseits für die herkömmliche Belastung des strukturverstärkten Hohlelements, das heißt bei lediglich elastischer Verformung seiner Wandung, ein im Wesentlichen nachteilfreies Zusammenwirken des Bolzens mit der Wandung des strukturverstärkten Hohlelements gewährleisten und andererseits bei einsetzender plastischer Verformung ganz gezielt ab einem bestimmten Verformungsgrad die strukturverstärkende Wirkung des Bolzens auf die Wandung des strukturverstärkten Hohlelements entfalten. Zielführend können mit dem lichten Maß Toleranzen kompensiert werden, wobei zugleich verhindert wird, dass eine Vorspannung auf die Hohlraumstruktur aufgebracht wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Bolzen im Bereich seines zweiten axialen Bolzenendes einen in radialer Richtung über den Bolzenumfang zwischen den beiden axialen Bolzenenden in diesem Bereich vorstehenden Bolzenkragen aufweist, der an einer Innenseite des zweiten Wandungsabschnitts anliegt. So lässt sich auf besonders einfache Weise die zur Erzielung der hierin beschriebenen strukturverstärkenden Wirkung des Bolzens notwendige axiale Position exakt festlegen, was eine Montage des Bolzens an der Wandung des strukturverstärkten Hohlelements wesentlich vereinfacht, da der Bolzenkragen stets lediglich zur Anlage an die Innenseite des zweiten Wandungsabschnitts gebracht werden muss, um den gewünschten lichten Abstand zwischen dem Bolzenkopf und dem ersten Wandungsabschnitt festzulegen.
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In besonders einfacher Weise lässt sich außerdem durch Einfügen einer oder mehrerer Zwischen-, Unterleg- bzw. Distanzscheiben zwischen den Bolzenkragen und der Innenseite des zweiten Wandungsabschnitts der lichte Abstand zwischen dem Bolzenkopf und dem ersten Wandungsabschnitt verändern. So lässt sich ein und derselbe Bolzen beispielsweise auch an unterschiedlichen strukturverstärkten Hohlelementen für eine erfindungsgemäße Strukturverstärkung einsetzen, obwohl deren ersten und zweiten Wandungsabschnitte beispielsweise unterschiedlich weit voneinander beabstandet sind.
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Es versteht sich, dass die erste Öffnung im ersten Wandungsabschnitt einen Durchmesser aufweist, der einerseits größer ist, als der Durchmesser des Bolzenkragens, um den Bolzen mitsamt seinem Bolzenkragen durch diese erste Öffnung stecken zu können, andererseits jedoch einen kleineren Durchmesser aufweist als der Bolzenkopf bzw. seine Radialfläche.
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Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Bolzen im Bereich seines zweiten axialen Bolzenendes einen Schraubgewindeabschnitt auf, über welchen der Bolzen axialverschiebungsfest am zweiten Wandungsabschnitt befestigt ist. Das zum Schraubgewinde des Bolzens komplementäre Schraubgewinde zur axialverschiebungsfesten Verschraubung des Bolzens am zweiten Wandungsabschnitt kann beispielsweise einstückig mit dem zweiten Wandungsabschnitt ausgebildet sein, zum Beispiel auf dessen Innen- oder Außenseite, oder durch eine separate Schraubenmutter bereitgestellt sein. In letzterem Fall weist die zweite Wandung vorteilhaft die bereits vorstehend erwähnte Durchgangsöffnung auf, so dass das zweite axiale Bolzenende durch diese gesteckt ist und die Schraubenmutter von der Außenseite des zweiten Wandungsabschnitts auf das am zweiten axialen Bolzenende ausgebildete Schraubgewinde geschraubt werden kann. Zur sicheren axialen Fixierung mittels der außerhalb des strukturverstärkten Hohlelements auf das zweite axiale Bolzenende aufgeschraubten Schraubenmutter weist der Bolzen bevorzugt den ebenfalls vorstehend beschriebenen Bolzenkragen als Widerlager auf, wobei der Bolzenkragen zur Anlage an die Innenseite des zweiten Wandungsabschnitts gebracht wird.
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Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Bolzen einen an die der Außenseite des ersten Wandungsabschnitts zugewandten Radialfläche des Bolzenkopfs angrenzenden gewindelosen Bolzenabschnitt aufweist. Dieser Bolzenabschnitt weist vorzugsweise eine im Wesentlichen glatte, zum Beispiel zylinderförmige Oberfläche auf. Diese gewährleistet, dass der Innenrand der ersten Öffnung des ersten Wandungsabschnitts nicht in einen ungewünschten Eingriff mit dem Bolzen gelangen kann. Dies könnte beispielsweise der Fall sein, wenn ein Gewindeabschnitt des Bolzens sich bis an die Radialfläche des Bolzenkopfs erstrecken würde und der Bolzen bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des strukturverstärkten Hohlelements zu Radialschwingungen angeregt würde, die zu einem Kontakt des Gewindeabschnitts mit dem Innenrand der ersten Öffnung des ersten Wandungsabschnitts führen könnten.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wandung des strukturverstärkten Hohlelements am Ort des Bolzens, das heißt insbesondere entlang einer Mittelachse des Bolzens, lediglich mit Ausnahme der ersten Öffnung im ersten Wandungsabschnitt und gegebenenfalls der Öffnung im zweiten Wandungsabschnitt, falls diese vorhanden ist, einen geschlossenen Querschnitt aufweist. Mit anderen Worten kann der Querschnitt des strukturverstärkten Hohlelements gemäß dieser Ausgestaltung durch einen geschlossenen Polygonzug beschrieben werden (lediglich mit Ausnahme der einen oder beider Öffnungen). Spätestens in einem wenigstens den Radius der ersten Öffnung des ersten Wandungsabschnitts übersteigenden radialen Abstand von der Mittelachse des Bolzens ist der Umriss des Wandungsquerschnitts durch das strukturverstärkte Hohlelement gemäß dieser Ausgestaltung vollständig geschlossen und kann durch einen geschlossenen Polygonzug beschrieben werden. Der Polygonzug kann im Sinne der vorliegenden Erfindung neben im Wesentlichen geraden Abschnitten auch gekrümmte Abschnitte aufweisen.
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Wie bereits hierin an anderer Stelle erwähnt wurde, kann der Querschnitt der Wandung des strukturverstärkten Hohlelements gemäß der Erfindung auch offen sein, zum Beispiel U-förmig ausgebildet sein. Ferner kann die Wandung in an sich bekannter Weise einschalig oder mehrschalig, zum Beispiel zweischalig, ausgebildet sein.
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Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Wandung des strukturverstärkten Hohlelements aus einem Metallwerkstoff gebildet. Als Metallwerkstoffe sind Stahl- oder Aluminiumwerkstoffe besonders bevorzugt. Beispielsweise kann die Wandung aus einem oder mehreren Blechen aus Stahl, hochfestem Stahl (HSS) oder ultrahochfestem Stahl (UHSS) gebildet sein, um bereits eine hohe Festigkeit der Wandung des strukturverstärkten Hohlelements an sich zu erreichen. Denkbar sind natürlich auch andere Materialien, wie beispielsweise Kunststoffe und/oder faserverstärke Kunststoffe, wobei als Verstärkungsfasern Glasfasern, Kohlefasern und/oder Aramidfasern einsetzbar sind. Als Fügeverbindungen können nicht lösbare oder lösbare Fügeverbindungen vorgesehen werden, wobei Schweißverbindungen, Klebverbindungen, Nietverbindungen oder Schraub-verbindungen geeignet sein können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Wandung wenigstens eine Schweißnaht auf. Zum Beispiel können die Endabschnitte einer einschaligen Ausgestaltung der gesamten Wandung des strukturverstärkten Hohlelements gemäß der Erfindung an einer Längsseite entlang eines Verbindungs- und/oder Verstärkungsflansches mittels einer Schweißung, zum Beispiel Punktschweißung, miteinander stoffschlüssig verbunden sein, so dass die Wandung des strukturverstärkten Hohlelements einen geschlossenen Querschnitt aufweist. In ähnlicher Weise können auch mehrschalig (insbesondere zweischalig) zusammengesetzte Wandungen an entsprechenden Anschluss- und/oder Verbindungsflanschen miteinander durch eine Schweißung, zum Beispiel Punktschweißung, miteinander verbunden sein. Wie hierin bereits erläutert wurde, kann durch die Schweißung und den hierbei verursachten lokal hohen Wärmeeintrag in das Wandungsmaterial eine lokale Materialschwächung im Bereich der Schweißnaht bzw. der Schweißpunkte auftreten. Die erfindungsgemäß strukturverstärkende Wirkung des Bolzens ist in der Lage, diese Materialschwächung wenigstens auszugleichen, so dass das auf diese Weise strukturverstärkte Hohlelement gemäß der Erfindung trotz der Schweißung eine ausreichend hohe Festigkeit aufweist. Ein frühzeitiges Auseinanderreißen der Wandung bzw. Wandungsabschnitte des strukturverstärkten Hohlelements bei besonders hohem Krafteintrag, wie er beispielsweise bei einem Fahrzeug-Crash auftreten kann, wird gemäß der Erfindung wirkungsvoll verhindert, so dass das strukturverstärkte Hohlelement über einen längeren Zeitraum seiner plastischen Verformung einen dieser Verformung höheren Widerstand aufgrund eines im Wesentlichen intakten, wirksamen Querschnitts entgegenstellen kann. Besonders bevorzugt ist der Bolzen bzw. sind mehrere derartige Bolzen im Bereich solcher Schweißnähte des strukturverstärkten Hohlelements angeordnet.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Fahrzeugkarosserie für ein Fahrzeug bereitgestellt, das wenigstens ein Hohlelement für eine leichte und dennoch strukturfeste Bauweise der Fahrzeugkarosserie aufweist. Erfindungsgemäß ist das Hohlelement als strukturverstärkendes Hohlelement nach einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen ausgebildet.
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In den Zeichnungen zeigen schematisch:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Außenseite eines Teils eines Ausführungsbeispiels einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung, die ein strukturverstärktes Hohlelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist,
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Innenseite des Teils der Fahrzeugkarosserie aus 1 mit dem in 1 gezeigten strukturverstärkten Hohlelement,
- 3 eine Querschnittsansicht des strukturverstärkten Hohlelements aus 1 und
- 4 eine weitere Querschnittsansicht des strukturverstärkten Hohlelements aus 1.
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In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 stellt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Außenseite eines Teils eines Ausführungsbeispiels einer Fahrzeugkarosserie 1 gemäß der Erfindung eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs dar, die wenigstens ein strukturverstärktes Hohlelement 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist. Der Bereich des hier betrachteten strukturverstärkten Hohlelements 2 ist in 1 durch einen strichlinierten Rahmen gekennzeichnet.
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Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des strukturverstärkten Hohlelements 2 ist ein zweischaliges strukturverstärktes Hohlelement 2, das hier eine aus zwei einzelnen Wandungsschalen 3 und 4, zum Beispiel einer Oberschale 3 und einer Unterschale 4, gebildete Wandung aufweist. Die Wandung des strukturverstärkten Hohlelements 2 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Metallwerkstoff, insbesondere einem hochfesten Stahlwerkstoff wie zum Beispiel HSS oder UHSS, gebildet.
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Wie 1 weiter zu entnehmen ist, sind die beiden Wandungsschalen 3 und 4 entlang zweier im Wesentlichen in Längsrichtung des Hohlelements 2 verlaufender Verbindungsflansche 5, die gleichfalls auch eine das strukturverstärkte Hohlelement 2 strukturverstärkende Wirkung bereitstellen, stoffschlüssig verbunden, um die gesamte Wandung des strukturverstärkten Hohlelements 2 zu bilden. Zur stoffschlüssigen Verbindung der beiden Wandungsschalen 3 und 4 sind diese entlang der Verbindungsflansche 5 mittels Punktschweißen miteinander verbunden. Einzelne Schweißpunkte 6 sind in 1 durch kreis- bzw. ellipsenförmige Umrandungen angedeutet.
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1 ist weiterhin ein Bolzenkopf 7 eines in 1 nicht weiter gezeigten Bolzens 8 (siehe 2) zu entnehmen.
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2 stellt eine perspektivische Ansicht einer Innenseite des Teils der Fahrzeugkarosserie 1 aus 1 mit dem in 1 gezeigten strukturverstärkten Hohlelement 2 dar. In 2 ist ein axiales Ende des Bolzens 8 zu erkennen sowie eine auf dieses axiale Ende des Bolzens 8 geschraubte Schraubenmutter 9.
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Die 3 und 4 stellen jeweils eine Querschnittsansicht des strukturverstärkten Hohlelements 2 aus 1 dar. In 3 ist deutlich zu erkennen, wie die aus den beiden Wandungsschalen 3 und 4 gebildete Wandung des strukturverstärkten Hohlelements 2 einen Hohlraum 10 umschließt. In 3 ist weiterhin zu erkennen, dass innerhalb der Wandung des strukturverstärkten Hohlelements 2 eine weitere Wandung 11 im Hohlraum 10 angeordnet ist, so dass das strukturverstärkte Hohlelement 2 auch als doppelwandiges, strukturverstärktes Hohlelement 2 bezeichnet werden kann. Die innerhalb der Wandungsschalen 3 und 4 angeordnete zweite Wandung 11 ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Sie kann für eine zusätzliche Erhöhung der Festigkeit des strukturverstärkten Hohlelements 2 vorgesehen sein. Die erfindungsgemäße Wirkung wird jedoch bereits durch das Zusammenwirken der Wandung mit dem Bolzen 8 erzielt, so dass im Folgenden auf die Wandung 11 nicht weiter eingegangen wird.
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3 ist zu entnehmen, dass sich die Wandung derart dreidimensional im Raum erstreckt, dass sie einen ersten Wandungsabschnitt 12 und einen diesem diametral gegenüberstehenden und von diesem beabstandeten zweiten Wandungsabschnitt 13 aufweist. Bei der hier gezeigten Ausführungsform des strukturverstärkten Hohlelements 2 ist der erste Wandungsabschnitt 12 ein Abschnitt der ersten Wandungsschale 3 und der zweite Wandungsabschnitt 13 ein Abschnitt der zweiten Wandungsschale 4.
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Zudem zeigt 3 eine erste Öffnung 14 im ersten Wandungsabschnitt 12 und eine weitere, zweite Öffnung 15 im zweiten Wandungsabschnitt 13. Der Bolzen 8 ist durch beide Öffnungen 14 und 15 gesteckt. Bis auf die Öffnungen 14 und 15 weist die Wandung am Ort des Bolzens 8, in der Darstellung der 3 in etwa entlang der Mittelachse des Bolzens 8, einen im Wesentlichen geschlossenen Querschnitt auf.
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3 ist weiter zu entnehmen, dass der Bolzenkopf 7 am ersten axialen Bolzenende A1 des Bolzens 8 angeordnet ist. Der Bolzenkopf 7 steht in radialer Richtung über den kopfseitigen Bolzenumfang vor und weist einen deutlich größeren Durchmesser D1 auf als der Durchmesser D2 der Öffnung 14 im ersten Wandungsabschnitt 12.
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An seinem zweiten axialen, vom ersten Bolzenende A1 entfernten Bolzenende A2 weist der Bolzen 8 einen Schraubgewindeabschnitt 16 auf. Auf diesen Schraubgewindeabschnitt 16 ist die Schraubenmutter 9 geschraubt. Zudem weist der Bolzen 8 im Bereich seines zweiten axialen Bolzenendes A2 einen in radialer Richtung über den Bolzenumfang in diesem Bereich vorstehenden Bolzenkragen 17 auf, der, wie in 3 gut zu erkennen ist, an einer Innenseite 18 des zweiten Wandungsabschnitts 13 anliegt.
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Wie 3 weiter deutlich zu entnehmen ist, ist der Bolzenkragen 17 zwischen dem Schraubgewindeabschnitt 16 und dem Bolzenkopf 7 am Bolzen 8 angeordnet. Um den Bolzen 8 mitsamt seinem Kragen 17 durch die erste Öffnung 14 im ersten Wandungsabschnitt 12 stecken zu können, ist der Durchmesser D2 größer bemessen, als der Durchmesser D3 des Bolzenkragens 17.
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Durch die auf den Gewindeabschnitt 16 des Bolzens 8 gegen eine Außenseite 19 des zweiten Wandungsabschnitts 13 geschraubte Schraubenmutter 9 und den gegen die Innenseite 18 anliegenden Bolzenkragen 17 ist der Bolzen 8 axialverschiebungsfest am zweiten Wandungsabschnitt 13 befestigt.
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Wie der 3 weiterhin deutlich zu entnehmen ist, verbleibt nach der dargestellten axialverschiebungsfesten Montage des Bolzens 8 an dem zweiten Wandungsabschnitt 13 zwischen einer Außenseite 20 des ersten Wandungsabschnitts 12 und einer dieser zugewandten Radialfläche 21 des Bolzenkopfs 7 ein lichtes Maß M. Dieses lichte Maß M hat einen Betrag größer 0 und liegt besonders bevorzugt in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 5 mm.
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Weiterhin weist der Bolzen 8 bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des strukturverstärkten Hohlelements 2 einen an die der Außenseite 20 des ersten Wandungsabschnitts 12 zugewandten Radialfläche 21 des Bolzenkopfs 7 angrenzenden gewindelosen, zylinder- oder konusförmigen Bolzenabschnitt 22 auf. Dieser kann sich bis zum Bolzenkragen 17 erstrecken. Der Bolzenabschnitt 22 ist nicht zwangsläufig auf einen zylinder- oder konusförmigen Querschnitt beschränkt, sondern kann jeden geeigneten Querschnitt aufweisen, sofern der gewählte Querschnitt die entsprechenden Kräfte übertragen kann.
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Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße, strukturverstärkte Hohlelement 2 sowie die Fahrzeugkarosserie 1 sind nicht auf die hierin offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen, die sich aus technisch sinnvollen weiteren Kombinationen der hierin beschriebenen Merkmale sowohl des strukturverstärkten Hohlelements 2 als auch der Fahrzeugkarosserie 1 ergeben.
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In bevorzugter Ausführung wird das erfindungsgemäße, strukturverstärkte Hohlelement 2 in einer Fahrzeugkarosserie 1, zum Beispiel eines ein- oder mehrspurigen Kraftfahrzeugs, verwendet. Die wenigstens ein erfindungsgemäßes, strukturverstärktes Hohlelement 2 aufweisende erfindungsgemäße Fahrzeugkarosserie 1 wird bevorzugt in einem Fahrzeug, zum Beispiel einem ein- oder mehrspurigen Kraftfahrzeug, verwendet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugkarosserie
- 2
- Strukturverstärktes Hohlelement
- 3
- Erste Wandungsschale, Oberschale
- 4
- Zweite Wandungsschale, Unterschale
- 5
- Verbindungsflansch
- 6
- Schweißpunkt
- 7
- Bolzenkopf
- 8
- Bolzen
- 9
- Schraubenmutter
- 10
- Hohlraum
- 11
- Wandung
- 12
- Erster Wandungsabschnitt
- 13
- Zweiter Wandungsabschnitt
- 14
- Erste Öffnung
- 15
- Zweite Öffnung
- 16
- Schraubgewindeabschnitt
- 17
- Bolzenkragen
- 18
- Innenseite von 13
- 19
- Außenseite von 13
- 20
- Außenseite von 12
- 21
- Radialfläche von 7
- 22
- Gewindeloser Bolzenabschnitt
- A1
- Erstes axiales Bolzenende
- A2
- Zweites axiales Bolzenende
- D1
- Durchmesser von 7
- D2
- Durchmesser von 14
- D3
- Durchmesser von 17
- M
- Lichtes Maß / Lichter Abstand
