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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwelleranordnung für ein Kraftfahrzeug, welche ein Hohlprofil sowie ein im Hohlprofil angeordnetes Strangpressprofil aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer Schwelleranordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen Schwelleranordnung.
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Schweller eines Kraftfahrzeugs sind Bestandteile der Karosserie des Kraftfahrzeugs. Sie spielen bei der Aufnahme und dem Abbau kinetischer Energie, insbesondere im Crashfall, eine wichtige Rolle. Zu diesem Zweck ist es bekannt, in einer Schwelleranordnung innerhalb eines Hohlprofils ein Strangpressprofil anzuordnen.
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Aus der
DE 10 2004 044 037 A1 ist eine Tragstruktur für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche im Bereich seitlicher Längsträger des Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen. Die Tragstruktur weist einen dreischaligen Aufbau mit einer inneren Schale, einer mittleren Schale sowie einer äußeren Schale auf, welche ineinandergreifen und somit ein Doppelkammerprofil bilden.
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Aus der
DE 10 2011 113 912 A1 ist eine Schutzeinrichtung für Batterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bekannt, welche Seitenschweller einer Karosserie des Kraftfahrzeugs umfasst. Zwischen den Seitenschwellern sind die Batterien angeordnet und mit Schutzelementen versehen, welche zudem seitlich an den Seitenschwellern befestigt sind.
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Aus der
DE 10 2017 010 670 A1 ist eine Schwelleranordnung eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs bekannt. Die Schwelleranordnung umfasst ein Hohlprofil, an welchem Batterietragrahmen befestigt sind. Im Hohlraum des Hohlprofils ist ein Verstärkungselement vorgesehen und mittels Distanzstücken zum Hohlprofil beabstandet.
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Aus der
DE 10 2014 012 082 A1 ist eine Schwelleranordnung für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche ein Hohlprofil aus einem Leichtmetall sowie ein im Hohlprofil angeordnetes Crashelement aufweist, welches an zwei gegenüberliegenden Profilwänden des Hohlprofils abgestützt ist. Das Crashelement ist aus einem Faserverbundkunststoff und mittels einer Adaptervorrichtung aus einem Kunststoff an den Profilwänden abgestützt.
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Schweller eines Kraftfahrzeugs sind Witterungsverhältnissen ausgesetzt. Insbesondere kommen sie mit Spritzwasser in Kontakt. Zudem kann sich in derartigen Schwellern, insbesondere bedingt durch Kondensatbildung, Feuchtigkeit ansammeln. Dies führt zu Korrosionsbildung in den Schwellern. Die Korrosion kann sowohl als Kontaktkorrosion zwischen unterschiedlichen Werkstoffen, beispielsweise Stahl und Aluminium, als auch als Spaltkorrosion, beispielsweise zwischen Stahl und Kunststoff bzw. Aluminium, auftreten.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für eine Schwelleranordnung der eingangs genannten Art sowie für ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Schwelleranordnung und ein Verfahren zum Herstellen eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen Schwelleranordnung verbesserte oder zumindest andere Ausführungsformen anzugeben, welche sich insbesondere durch eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit bei zugleich einfacher Herstellung auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Schwelleranordnung für ein Kraftfahrzeug aus einem Hohlprofil mit zwei Halbschalen und einem im Hohlprofil angeordneten Strangpressprofil zum Aufnehmen und Abbauen von kinetischer Energie durch mechanische Deformation auszubilden, wobei das Hohlprofil und das Strangpressprofil aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind und wobei zwischen dem Strangpressprofil und dem Hohlprofil vorimprägnierte Fasern angeordnet werden, welche einen möglichen Spalt zwischen dem Strangpressprofil und dem Hohlprofil gänzlich füllen. Somit wird das Strangpressprofil mittels des Hohlprofils formschlüssig aufgenommen und geklemmt. Zudem härtet das Imprägniermittel der Fasern anschließend, beispielsweise in einem Rohbauofen und/oder bei einer kathodischen Tauchlackierung, aus. Somit entsteht eine zuverlässige und beständige Verbindung zwischen dem beispielweise aus Stahl bestehenden Hohlprofil und dem beispielsweise aus Aluminium bestehenden Strangpressprofils, die ferner lückenlos ist. Auf diese Weise wird neben einer einfachen und stabilen Herstellung und Ausbildung der Schwelleranordnung das Eindringen und/oder Entstehen von Feuchtigkeit bzw. Flüssigkeiten, insbesondere in einen Spalt zwischen den Profilen, vermieden oder zumindest reduziert, so dass letztlich Korrosionen der Schwelleranordnung vermieden oder zumindest reduziert sind.
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Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die Schwelleranordnung das Hohlprofil auf. Das Hohlprofil weist zwei Halbschalen auf, welche einen Hohlraum in einer Umfangsrichtung umschließen und begrenzen. Die Halbschalen werden nachfolgend auch als erste Halbschale und zweite Halbschale bezeichnet. Die Umfangsrichtung verläuft bevorzugt um die X-Richtung des zugehörigen Kraftfahrzeugs. Im von den Halbschalen gebildeten Hohlraum ist das Strangpressprofil angeordnet. Das Strangpressprofil ist aus Aluminium. Erfindungsgemäß ist das Strangpressprofil zu den Halbschalen durch einen Spalt beabstandet, wobei der Spalt durch vorimprägnierte Glasfasern gefüllt ist, welche in Umfangsrichtung um das Strangpressprofil gewickelt sind. Ferner sind die Halbschalen miteinander punktverschweißt und klemmen das mit den Glasfasern umwickelte Strangpressprofil.
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Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das Hohlprofil zwei in X-Richtung zueinander beabstandete und nach innen ragende Vorsprünge, insbesondere Prägungen, aufweist. Das mit den vorimprägnierten Glasfasern umwickelte Strangpressprofil ist in X-Richtung zwischen den Vorsprüngen angeordnet, so dass die Vorsprünge das mit vorimprägnierten Glasfasern umwickelte Strangpressprofil in X-Richtung sichern. Somit ist das Strangpressprofil im Hohlprofil nicht nur entlang der gesamten Umfangsrichtung, sondern auch in X-Richtung gesichert.
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Prinzipiell können die Glasfasern mit einem beliebigen Imprägniermittel vorimprägniert sein. Bevorzugt handelt es sich bei dem Imprägniermittel um Epoxid bzw. Epoxidharz und/oder um einen Matrixklebstoff und/oder um Matrixharz. Da sowohl Glasfasern als auch Epoxid korrosionsfrei sind, ergibt sich somit eine besonders einfache und beständige Ausbildung der Schwelleranordnung.
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Denkbar ist es auch, anstelle von Glasfasern andere Fasern, insbesondere Polymerfasern, Naturfasern, wie beispielsweise Kokosfasern, Holzfasern und dergleichen, einzusetzen. Ebenso ist es vorstellbar, anstelle von Glasfasern vorimprägnierte Faser-Matten, die insbesondere als „Prepregs“ bekannt sind, einzusetzen. Selbstverständlich können auch Kombinationen der benannten Möglichkeiten zum Einsatz kommen.
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Zweckmäßig sind die Glasfasern bzw. die Matte mit einer vorgegebenen Dicke ausgebildet. Auf diese Weise wird das Strangpressprofil im Hohlprofil präzise positioniert. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn die Glasfasern bzw. die Matte eine Dicke zwischen 0,5 mm und 1,5 mm, insbesondere von 1 mm, aufweisen.
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Es versteht sich, dass die beschriebene, erfindungsgemäße Verbindung auch bei anderen Konstruktionen im Kraftfahrzeug zum Einsatz kommen kann, um aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellte Bestandteile korrosionsbeständig miteinander zu verbinden.
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Es versteht sich, dass neben der Schwelleranordnung auch ein Verfahren zum Herstellen der Schwelleranordnung zum Umfang dieser Erfindung gehört.
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Dabei wird das Strangpressprofil bereitgestellt und mit den vorimprägnierten Glasfasern in Umfangsrichtung umwickelt. Anschließend wird das mit vorimprägnierten Glasfasern umwickelte Strangpressprofil in die erste Halbschale eingelegt. Danach erfolgen das Schließen der ersten Halbschale mit der zweiten Halbschale und das Punktschweißen der Halbschalen miteinander. Das Schließen und/oder das Punktschweißen erfolgen derart, dass das mit vorimprägnierten Glasfasern umwickelte Strangpressprofil im Hohlraum angeordnet ist und in Umfangsrichtung gänzlich mittels der Halbschalen eingeklemmt ist. Dabei füllen die vorimprägnierten Glasfasern etwaige zwischen dem Strangpressprofil und den Halbschalen vorhandene Spalte gänzlich aus.
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Zum Umwickeln des Strangpressprofils mit vorimprägnierten Glasfasern kann eine Rolle auf Liner, z.B. Trennpapier, mit den vorimprägnierten Glasfasern zum Einsatz kommen. Das Umwickeln kann beispielsweise mittels eines Roboterarms erfolgen, welcher das Strangpressprofil entsprechend entlang der ausgefahrenen Rolle dreht und somit die vorimprägnierten Glasfasern um das Strangpressprofil wickelt. Anschließend kann das mit vorimprägnierten Glasfasern umwickelte Strangpressprofil, beispielsweise mittels des Roboterarms, in die erste Halbschale eingelegt werden. Die Positionierung innerhalb der ersten Halbschale ist vorteilhaft auf 1/10 mm genau.
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Die Schwelleranordnung kann auf beliebige Weise mit übrigen Bestandteilen des Kraftfahrzeugs, insbesondere mit einem Rohbau des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Karosserie, verbunden werden. Denkbar ist es insbesondere, die Schwelleranordnung mittels des Hohlprofils mit besagten Bestandteilen zu verschweißen.
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Es versteht sich, dass auch ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kraftfahrzeugs zum Umfang dieser Erfindung gehört. Dabei wird eine erfindungsgemäße Schwelleranordnung hergestellt bzw. bereitgestellt und mit einem Rohbau des Kraftfahrzeugs verbunden.
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Bevorzugt ist es, wenn das Kraftfahrzeug mittels einer kathodischen Tauchlackierung lackiert wird. Besonders bevorzugt ist es, wenn hierzu ein Lack auf Epoxidharzbasis zum Einsatz kommt. Daraus ergibt sich eine besonders einfache und zuverlässige Herstellung des Kraftfahrzeugs, da der Lack und das Imprägniermittel, insbesondere Expoxidharz, kompatibel sind. Vorteilhaft erfolgt das Aushärten des Imprägniermittels gemeinsam mit dem Lack bei der kathodischen Tauchlackierung des Kraftfahrzeugs.
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Die Schwelleranordnung kann prinzipiell beliebig am Kraftfahrzeug angeordnet sein.
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Die Schwelleranordnung ist vorteilhaft in der Lage, seitlich einwirkende kinetische Energie, insbesondere in Y-Richtung einwirkende kinetische Energie, wie sie insbesondere bei einem Pfahlaufprall auftritt, besonders vorteilhaft abzubauen. Entsprechend ist insbesondere das Strangpressprofil ausgebildet. Die Schwelleranordnung führt somit also zu einem verbesserten Crashverhalten des zugehörigen Kraftfahrzeugs. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Schwelleranordnung im Bereich der B-Säule des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch:
- 1 einen stark vereinfachten Schnitt durch ein Kraftfahrzeug im Bereich einer B-Säule mit einer Schwelleranordnung,
- 2 einen Schnitt durch die Schwelleranordnung in der in 1 mit A-A bezeichneten Ebene,
- 3 eine isometrische, teiltransparente Ansicht der Schwelleranordnung.
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Eine Schwelleranordnung 1, wie sie beispielsweise in den 1 bis 3 gezeigt ist, ist Bestandteil eines insbesondere in 1 gezeigten Kraftfahrzeugs 2. 1 zeigt einen Schnitt durch das Kraftfahrzeug 2 im Bereich der Schwelleranordnung 1 in einer von der X-Richtung 3 und der Z-Richtung 4 des Kraftfahrzeugs 2 aufgespannten Ebene. 2 zeigt einen Schnitt durch die Schwelleranordnung 1 durch die in 1 mit A-A bezeichneten Ebene. 3 zeigt eine isometrische Ansicht der Schwelleranordnung 1.
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Die Schwelleranordnung 1 umfasst ein Hohlprofil 5. Das Hohlprofil 5 weist eine erste Halbschale 6 und eine zweite Halbschale 7, welche jeweils vorzugsweise aus Stahl sind, auf. Die Halbschalen 6, 7 begrenzen einen Hohlraum 8 in einer Umfangsrichtung 9 und umschließen den Hohlraum 8 in Umfangsrichtung 9. Die Umfangsrichtung 9 verläuft hierbei um die X-Richtung 3. Im Hohlraum 8 des Hohlprofils 5 weist die Schwelleranordnung 1 ein Strangpressprofil 10, vorzugsweise aus Aluminium, auf. Das Strangpressprofil 10 des gezeigten Ausführungsbeispiels weist wie in 2 dargestellt mehrere Kammern 11 auf. Das Strangpressprofil 10 ist im Hohlraum 8 aufgenommen und zu den Halbschalen 6, 7 durch einen Spalt 12 beabstandet. Zwischen dem Strangpressprofil 10 und den Halbschalen 6, 7 sind in dem Spalt 12 mit Imprägniermittel vorimprägnierte Glasfasern 13 angeordnet, welches den Spalt 12 gänzlich ausfüllen. In 3 ist es mit vorimprägnierter Glasfasern 13 umwickelte Strangpressprofil 10 angedeutet, obwohl diese in der isometrischen Ansicht nicht gänzlich sichtbar wäre.
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Bei dem Imprägniermittel handelt es sich bevorzugt um Epoxidharz und/oder Matrixklebstoff und/oder Matrixharz. Die vorimprägnierten Glasfasern sind hierbei in Umfangsrichtung 9 um das Strangpressprofil 10 gewickelt. Im Hohlraum 8 ist das mit vorimprägnierten Glasfasern 13 umwickelte Strangpressprofil 10 zwischen den Halbschalen 6, 7 eingeklemmt und somit formschlüssig aufgenommen. Wie 1 entnommen werden kann, kann das Hohlprofil 5 in X-Richtung 3 zueinander beabstandete und nach innen ragende Vorsprünge 14 aufweisen, welche das Strangpressprofil 10 ferner in X-Richtung 3 sichern. Zudem sind die Halbschalen 6, 7 miteinander, vorzugsweise durch Punktschweißen, wie in 3 durch punktförmige Schweißnähte 15 angedeutet, aneinander befestigt. Durch das Einklemmen des mit vorimprägnierten Glasfasern 13 umwickelten Strangpressprofils 10 zwischen den Halbschalen 6, 7 und dem Schweißen der Halbschalen 6, 7 aneinander, entsteht somit eine stabile und feste Ausbildung der Schwelleranordnung 1. Zudem härtet das Imprägniermittel aus und sorgt somit für eine fluiddichte Verklebung des Strangpressprofils 10 im Hohlprofil 5. Die Schwelleranordnung 1 ist also insbesondere korrosionsbeständig.
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Die Schwelleranordnung 1 weist ferner vorteilhafte Crashverhalten auf. Insbesondere wird auf diese Weise mittels der Schwelleranordnung 1 in Y-Richtung 17 des Kraftfahrzeugs 2 einwirkende kinetische Energie mittels Deformation der Schwelleranordnung 1 effektiv abgebaut. Die Schwelleranordnung 1 ist also insbesondere zuverlässig bei einem Pfahlaufprall auf das Kraftfahrzeug 1. Wie insbesondere 1 entnommen werden kann, ist die Schwelleranordnung 1 vorteilhaft im Bereich einer B-Säule 18 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet, derart, dass das Strangpressprofil 10 der B-Säule 18 benachbart ist.
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Zum Herstellen der Schwelleranordnung 1 kann das Strangpressprofil 10 mit den vorimprägnierten Glasfasern 13 umwickelt und anschließend in eine der Halbschalen 6, 7, beispielsweise in die erste Halbschale 6, eingelegt werden. Anschließend wird die erste Halbschale 6 mit der zweiten Halbschale 7 geschlossen und die Halbschalen 6, 7 miteinander punktverschweißt.
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Zum Herstellen des Kraftfahrzeugs 2 wird die Schwelleranordnung 1 auf bekannte Weise an einen Rohbau 16 des Kraftfahrzeugs 2, welcher die B-Säule 18 umfassen kann, beispielsweise durch Schweißen, befestigt.
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Bevorzugt erfolgt das Herstellen des Kraftfahrzeugs 1 derart, dass nach dem Herstellen der Schwelleranordnung 1 das Lackieren des Kraftfahrzeugs 2 mittels kathodischer Tauchlackierung erfolgt, wobei hierzu bevorzugt ein Lack auf Epoxidharzbasis zum Einsatz kommt. Bevorzugt ist hierbei, wenn der Lack und das Imprägniermittel gemeinsam aushärten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004044037 A1 [0003]
- DE 102011113912 A1 [0004]
- DE 102017010670 A1 [0005]
- DE 102014012082 A1 [0006]
