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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zugglied für eine Kraftfahrzeugkarosserie zur Reduzierung einer Intrusionstiefe. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit Längsträgern, an deren vorderen Enden zumindest ein solches in Fahrzeugquerrichtung verlaufendes Zugglied angeordnet ist.
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Aus der
CH 700 134 A1 ist ein Biegeträger bekannt, der aus einem Materialprofil mit einer größeren Längs- als Quererstreckung besteht, wobei das Materialprofil an seinen beiden Längsseiten mit Anbindungsmitteln ausgestattet ist. Darüber hinaus ist ein Zugkräfte aufnehmendes Bauteil vorgesehen, welches sich über wenigstens einen Teil der Länge des Materialprofils erstreckt. Der derart verstärkte Biegeträger ist dabei für den Einsatz als Querträger in einem Stoßfängersystem eines Kraftfahrzeugs gedacht.
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Aus der
DE 10 2007 063 246 B4 ist eine Stoßfängerstruktur für Kraftfahrzeuge mit einem mit tragenden Karosserieelementen an den seitlichen Endbereichen über Befestigungskonsolen und Flansche an Längsträgern der Karosserie fest verbundenen Querträger bekannt, der als offenes oder geschlossenes Hohlprofil zur Absorption von Aufprallenergie ausgebildet ist. In den Querträger selbst ist zumindest ein quer verlaufender Strang aus hochzugfesten Fasern eingebettet, die in den Kunststoff des Querträgers eingespritzt sind. Hierdurch soll eine verbesserte Krafteinleitung in angrenzende Karosseriebauteile bei unfallbedingten Deformationen erreicht werden können.
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Aus der
DE 10 2012 104 519 A1 ist eine Stoßfängerstruktur für Kraftfahrzeuge mit einem Querträger bekannt, in den mindestens ein Seilzug integriert ist, der in Längsrichtung des Querträgers verläuft und an Befestigungseinrichtungen befestigt ist, die wiederum ihrerseits an Längsträgern befestigt sind. Die Befestigungseinrichtungen besitzen dabei jeweils ein rohrartiges Befestigungselement, das von dem Seilzug umschlungen ist.
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Aus der
DE 10 2006 210 880 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie bekannt, die eine Bodengruppe aufweist, wobei in einem Bereich eines Fahrzeughecks zwei zueinander beabstandete Längsträger und ein Stoßfängerquerträger vorgesehen sind. Dieser ist über jeweils ein Deformationselement mit den Längsträgern beabstandet, wobei beanstandet zum ersten Stoßfängerquerträger in Fahrzeuglängsrichtung ein zweiter Stoßfängerquerträger angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass im Heckbereich angeordnete sicherheitsrelevante Bauteile bei einem Auffahrunfall möglichst unbeschädigt bleiben.
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Aus der
DE 10 2018 222 018 A1 ist eine Vorderwagenstruktur eines Kraftfahrzeugs mit einem Stoßfängerquerträger bekannt, der mittelbar oder unmittelbar mit sich in Fahrzeuglängsrichtung dahinter anschließenden Längsträgern verbunden ist. In Fahrzeuglängsrichtung betrachtet ist dabei hinter dem Stoßfängerquerträger und beabstandet zu demselben ein die Längsträger verbindendes bandartig ausgebildetes Quer-Verbindungselement vorgesehen.
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Um einen möglichst hohen Insassenschutz in einem Kraftfahrzeug erreichen zu können, ist es erforderlich, bei einem unfallbedingten Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis einen möglichst hohen Energieanteil durch Verformung einer Karosserie abzubauen. Besonders bei einem Frontalaufprall auf einen stehenden Pfahl, beispielsweise einen Baum, mit relativ hoher Geschwindigkeit, soll verhindert werden, dass dieser zu weit in das Fahrzeug eindringt, um den Insassenschutz zu gewährleisten. Dies wird beispielsweise bislang über entsprechende Stoßfängeranordnungen bzw. Querträger erreicht, die jedoch aufgrund ihrer relativ massiven Ausbildung nicht nur vergleichsweise schwer sind, sondern zudem auch einen nicht unerheblichen Bauraum erfordern.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein Zugglied für eine Kraftfahrzeugkarosserie anzugeben, welches insbesondere leicht ist, wenig Bauraum erfordert und dazu beiträgt, bei einem Frontalaufprall eine Intrusionstiefe zu reduzieren.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Zugglied für eine Kraftfahrzeugkarosserie anzugeben, welches in einem Einbauzustand frontseitig zwischen zwei Längsträgern angeordnet ist und im Wesentlichen lediglich einen in Längsrichtung des Zuggliedes verlaufenden Faserstrang aus hochfesten Zugfasern aufweist, die in einem Kunststoffmaterial eingebettet sind, wobei der Faserstrang zusätzlich zumindest eine jeweils längsendseitig angeordnete Anschraubhülse, die quer zur Längsrichtung des Zugglieds verläuft, zumindest teilweise umschlingt, so dass dieses Zugglied vergleichsweise einfach an eine jeweilige frontseitige Stirnseite der Längsträger angeschraubt werden kann und die beiden Längsträger frontseitig verbindet, so dass beispielsweise bei einem mittigen frontalen Aufprall auf einen Baum bzw. einen stehenden Pfahl das Zugglied beansprucht wird und die beiden Längsträger nach innen verformt, wodurch eine hohe Deformationsenergie aufgenommen und dadurch eine Intrusionstiefe reduziert werden können. Das erfindungsgemäße Zugglied dient somit der Reduzierung der Intrusionstiefe und besteht im Wesentlichen aus einem Kunststoffmaterial, in welches zumindest zwei an einem jeweils gegenüberliegenden Längsende des Zugglieds angeordnete Anschraubhülsen zum Durchführen von Schrauben sowie zumindest ein Faserstrang eingebettet sind. Dieser Faserstrang umschlingt dabei die beiden Anschraubhülsen jeweils um zumindest 180° und ist dadurch bzw. durch die Einbettung in den Kunststoff zugfest mit den Anschraubhülsen verbunden, wodurch eine Querbelastung des Faserstrangs, beispielsweise durch einen mittigen frontalen Aufprall eines Kraftfahrzeugs auf einen Baum zu einer Zugbelastung im Faserstrang und damit zu einem Zug an den Anschraubhülsen orthogonal zu deren Achse führt, wobei durch die Anschraubhülsen entsprechende Schrauben geführt sind, über die das Zugglied mit einer Stirnseite des Längsträgers verschraubt sind und wobei über diese Schauben Querkräfte in die Längsträger eingeleitet und diese energieabsorbierend verformt werden können. Dabei kann am Stirnende der jeweiligen Längsträger zusätzlich noch eine Prallplatte angeordnet sein.
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Das erfindungsgemäße Zugglied, welches im Wesentlichen nur aus zumindest einem Faserstrang und zumindest zwei Anschraubhülsen besteht, die jeweils mit Kunststoff ummantelt sind, kann somit ein bauraumoptimiertes als auch ein gewichtsoptimiertes Zugglied geschaffen werden, ohne dass hierfür beispielsweise ein vergleichsweise schwerer und einen größeren Bauraum einnehmender Stoßfängerquerträger erforderlich wäre.
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Um dabei die Verankerung des Faserstrangs, beispielsweise eines Endlosfaserstrangs, mit der jeweiligen Anschraubhülse verbessern zu können, kann auch vorgesehen sein, dass der Faserstrang die jeweilige Anschraubhülse um zumindest 360° umschlingt. Selbstverständlich können auch mehrere derartige Anschraubhülsen an jedem Längsende des Faserstrangs angeordnet werden, wobei in diesem Fall sogar ein zumindest teilweises Umschlingen beider Anschraubhülsen durch den jeweiligen Faserstrang möglich ist.
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Zweckmäßig weist das Zugglied zumindest zwei Faserstränge auf, die über zwei Stege parallel zueinander beabstandet sind. Um bei einem mittigen Frontalaufprall auf ein stehendes Hindernis, beispielsweise einen Pfahl oder einen Baum, möglichst hohe Zugkräfte in die Längsträger der Kraftfahrzeugkarosserie einleiten und diese dadurch verbiegen zu können, können mehrere derartiger Faserstränge vorgesehen werden. Die beiden Stege können dabei Aussparungen aufweisen, um möglichst gewichtsoptimiert und optisch leicht ausgebildet werden zu können. Die beiden Stege müssen dabei außer der Fixierung der beiden Faserstränge relativ zueinander keine Festigkeitsaufgaben erfüllen und können dadurch vergleichsweise dünn und damit auch leicht und ressourcenschonen ausgebildet werden.
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Der für das Zugglied und insbesondere für die Stege verwendete Kunststoff kann beispielsweise auch transparent ausgebildet sein, wodurch ein hoher designerischer Effekt durch Einblicke in die Technik ermöglicht wird. Durch die Wahl eines transparenten Kunststoffs kann das Zugglied insgesamt, zumindest optisch, noch leichter ausgebildet werden.
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Erfindungsgemäß sind die Anschraubhülsen aus Kunststoff, aus Aluminium, aus Magnesium aus Stahl oder aus Titan ausgebildet und weisen zumindest einen Kragen auf, der oberflächenfluchtend mit dem Kunststoffmaterial abschließt. Besonders metallische Anschraubhülsen sind dabei in der Lage, die bei einem mittigen Frontalaufprall über die Faserstränge quer zur Achse der Anschraubhülsen in diese eingeleiteten Kräfte auf die durch die Anschraubhülsen geführten Schrauben flächig zu übertragen, wodurch diese entsprechende Querkräfte in die Längsträger einbringen und diese dadurch verformen können. Durch den zumindest einen Kragen ist es möglich, das jeweilige Zugglied quer zu dessen Längsrichtung mit der Stirnseite des jeweiligen Längsträgers, beispielsweise auch mit einer Prallplatte oder einem Crash-Management-System (CMS), fest zu verschrauben, ohne dass hierbei befürchtet werden muss, dass durch ein zu festes Anziehen der Schrauben das Kunststoffmaterial oder gar die Faserstränge beschädigt werden. Die Anschraubhülsen mit ihren Kragen bilden dabei Anschlagsflächen, so dass die Anschraubhülsen zugleich auch als Abstandshülsen fungieren. Durch die beispielsweise beiden Kragen je Abstandshülse kann auch eine nochmals verbesserte Krafteinleitung der Zugkräfte über den jeweiligen Faserstrang in die zugehörige Anschraubhülse erreicht werden, da sich diese über ihre jeweiligen Kragen zusätzlich am Kunststoffmaterial abstützen kann.
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Durch die Wahl des Materials für die Anschraubhülsen, beispielsweise Aluminium, Magnesium oder Titan kann eine besonders leichte Ausführungsform erreicht werden, die dennoch eine hohe Festigkeit aufweist.
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Zweckmäßig weist der zumindest eine Faserstrang Kohlefasern, Aramidfasern, Glasfaser, Basaltfasern, Stahldraht oder Titandraht auf. Besonders Kohlefasern, das heißt Carbonfasern, und Aramidfasern bieten bei äußerst geringem Gewicht und kleinem Volumen eine besonders hohe Aufnahme von Zugkräften, wodurch das Zugglied insgesamt eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht besitzt, was insbesondere im Sportwagenbau von großem Vorteil ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der zumindest eine Faserstrang als ein Thermoplast-Pultrudat, als ein Tape, als ein endlosverstärktes Pultrudat, als ein Faserroving, als ein Extrudat oder als ein Faserstrang aus einer Mischung von schmelzbaren Kunststofffäden und Endlosfasern ausgebildet sein. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Möglichkeiten zur Ausbildung des Faserstrangs gegeben sind. Thermoplastische Pultrudate beinhalten somit den Faserstrang, der mit einem Thermoplast ummantelt ist. Ein derartiges Thermoplast-Pultrudat kann beispielsweise jegliche Art von Fasern, auch Kunststofffasern, aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit zwei (Karosserie-)Längsträgern anzugeben, an deren vorderen Enden zumindest ein im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung verlaufendes Zugglied nach einem der vorhergehenden Absätze mittels Schrauben befestigt ist. Durch das erfindungsgemäße Zugglied ist es somit möglich, insbesondere bei einem mittigen Frontalaufprall eine Intrusion eines Hindernisses, beispielsweise eines Pfahls oder eines Baums, zu reduzieren und dadurch den Insassenschutz zu erhöhen. Durch das hierfür eingesetzte Zugglied, welches in den vorhergehenden Absätzen beschrieben wurde, lässt sich dabei die Reduzierung der Intrusionstiefe nicht nur gewichtsoptimiert, sondern auch bauraumoptimiert realisieren.
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Zweckmäßig ist das Zugglied zwischen einem Crash-Management-System (CMS) und den Längsträgern angeordnet. In Fahrtrichtung vor dem eigentlichen Zugglied ist somit noch ein zusätzliches Crash-Management-System vorgesehen, welches ebenfalls dazu beiträgt, Querkräfte, beispielsweise mittels eines Stoßfängerquerträgers, in die Längsträger einzuleiten, so dass in diesem Fall das erfindungsgemäß angeordnete Zugglied eine zweite Zugebene bildet, die in Fahrtrichtung hinter der ersten Zugebene, die in diesem Fall durch den Stoßfängerquerträger gebildet wird, bildet. Hierdurch kann das Crashverhalten nochmals verbessert werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weisen die Längsträger jeweils eine Prallplatte auf, welche vorzugsweise aus Aluminium geschmiedet oder aus hochfestem Stahl gefertigt und mit dem Karosserielängsträger verschweißt und zugleich formschlüssig mit diesem verbunden ist. Über eine derartige Prallplatte lässt sich eine besonders gleichmäßige Krafteinleitung in die Längsträger erreichen.
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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 Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
- 1 eine Frontalansicht auf ein erfindungsgemäßes Zugglied,
- 2 eine Schrägansicht auf das erfindungsgemäßen Zugglied,
- 3 einzelne Faserstränge des erfindungsgemäßen Zuggliedes,
- 4 eine teilweise transparente Ansicht auf das erfindungsgemäße Zugglied im Bereich zweier Anschraubhülsen,
- 5 eine Detailansicht aus 1 in teilweise transparentem Zustand,
- 6 eine Darstellung wie in 5, jedoch mit langlochförmigen Anschraubhülsen,
- 7 eine Einbausituation des erfindungsgemäßen Zuggliedes in einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug,
- 8 eine Darstellung wie in 7, jedoch bei einer teilweise transparenten Darstellung der Kraftfahrzeugkarosserie.
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Entsprechend den 1 bis 8, weist ein erfindungsgemäßes Zugglied 1 für ein Kraftfahrzeug 2 (vgl. 7 und 8), ein Kunststoffmaterial 9 auf, in welches zumindest zwei an einem jeweils gegenüberliegenden Längsende angeordnete Anschraubhülsen 3, 4 zum Durchführen von Schrauben 5 (vgl. 7) und zumindest ein Faserstrang 6 (vgl. insbesondere 3) eingebettet sind. Die Faserstränge 6 verlaufen dabei im Einbauzustand in einer Kraftfahrzeugkarosserie 7 in Fahrzeugquerrichtung 8 (vgl. 7 und 8). Der Faserstrang 6 bzw. die Faserstränge 6 umschlingen dabei die jeweils zugehörigen Anschraubhülsen 3, 4 um zumindest 180°, gemäß beispielsweise der 4 sogar um 360°. Hierdurch kann eine optimale Verankerung des Faserstranges 6 an der jeweils zugehörigen Anschraubhülse 3, 4 erreicht werden.
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Betrachtet man die 3 und 4, so kann man erkennen, dass der Faserstrang 6 zweimal um dieselbe Anschraubhülse 3 herumgeführt ist, nämlich an einem Beginn um 360°, woraufhin er die gegenüberliegende Anschraubhülse 4 um 180° umschlingt, zurückläuft zur Anschraubhülse 3, diese ebenfalls um 180° umschlingt und anschließend an der Anschraubhülse 4 um 360° um diese gelegt ist. In diesem Fall besitzt somit der Faserstrang 6 zwei obere Stränge 10 und einen unteren Strang 11.
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In gleicher Weise kann auch der untere Faserstrang 6 ausgebildet sein, wobei dieser bei den gemäß den 1 bis 8 dargestellten Zugglied 1 in Längsrichtung kürzer ausgestaltet ist.
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Die Anschraubhülsen 3, 4 können dabei kreisrunde Durchgangsöffnungen 12 aufweisen, wie dies gemäß den 1, 2 sowie 4, 5 und 7 und 8 gezeigt ist, oder alternativ auch eine langlochförmige Durchgangsöffnung 13, wie dies gemäß der 6 dargestellt ist. Insbesondere die langlochförmige Durchgangsöffnungen 13 aufweisenden Anschraubhülsen 4 bieten dabei die Möglichkeit einer Kompensation von beispielsweise Fertigungsungenauigkeiten in Fahrzeugquerrichtung 8.
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Die beiden Faserstränge 6 sind dabei über zwei Stege 14, 15 parallel zueinander angeordnet und über diese Stege 14, 15 auch parallel miteinander verbunden. Die Stege 14, 15 dienen dabei lediglich der Relativfixierung der beiden Faserstränge 6 zueinander und übernehmen insbesondere bei einem mittigen Frontalaufprall keinerlei Kraftaufnahme.
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Das Kunststoffmaterial 9 des Zuggliedes 1 kann beispielsweise auch aus einem transparenten Kunststoff ausgebildet sein, der eine Sicht auf die Faserstränge 6 ermöglicht und dadurch einen hohen Designanspruch verwirklicht und die Technik des Kraftfahrzeugs 2 betont.
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Die Anschraubhülsen 3, 4 können aus Kunststoff, Aluminium, Magnesium, Stahl oder aus Titan ausgebildet sein und zumindest einen Kragen 16, vorzugsweise sogar zwei gegenüberliegende Kragen 16, 17 aufweisen, wodurch eine Beschädigung des Kunststoffmaterials 9 beim Anziehen der Schrauben 5 zuverlässig vermieden werden kann, da die Kragen 16, 17 der Anschraubhülsen 3, 4 zugleich als Anschlagsflächen dienen. Eine Ausbildung der Anschraubhülsen 3, 4 aus beispielsweise Aluminium ermöglicht einerseits eine äußerst feste und andererseits eine gewichtsoptimierte Ausbildung.
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Der zumindest eine Faserstrang 6 kann Kohlefasern, Aramidfasern, Glasfasern, Basaltfasern, Stahldraht oder Titandraht aufweisen. Besonders Kohlefasern und Aramidfasern ermöglichen dabei eine hohe Zugfestigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht.
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Betrachtet man das Zugglied 1 gemäß den 1 und 2, so kann man erkennen, dass jeder Faserstrang 6 jeweils zwei Anschraubhülsen 3 auf der einen Längsseite und zwei Anschraubhülsen 4 auf der gegenüberliegenden Längsseite umrundet, wobei die je Faserstrang 6 insgesamt vier Anschraubhülsen 3, 4 eine besonders effektive Verbindung des Zuggliedes 1 mit Längsträgern 18 der Kraftfahrzeugkarosserie 7 ermöglichen.
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Betrachtet man das Kraftfahrzeug 2 und dessen Kraftfahrzeugkarosserie 7 gemäß den 7 und 8, so kann man erkennen, dass frontseitig an den Längsträgern 18 das Zugglied 1 angeordnet ist, wobei die Anschraubhülsen 3, 4 orthogonal zur Längsrichtung des Zuggliedes 1, das heißt zur Fahrzeugquerrichtung 8 verlaufen. In Fahrtrichtung 19 vor dem Zugglied 1 ist noch ein Stoßfängerquerträger 20 angeordnet, der bei einem mittigen Frontalaufprall eine erste Energieabsorptionsebene bildet. Zwischen dem Stoßfängerquerträger 20 und dem Zugglied 1 sind noch Crashboxen 21 angeordnet, die Bestandteile eines Crash-Management-Systems (CMS) sind. Das Zugglied 1 kann dabei zusammen mit den Crashboxen 21 oder separat mit den Längsträgern 18 verschraubt sein. Die Längsträger 18 besitzt darüber hinaus vorzugsweise eine Prallplatte 22, die beispielsweise aus Aluminium geschmiedet oder aus hochfestem Stahl gefertigt und mit dem jeweiligen Längsträger 18 verschweißt und vorzugsweise zugleich formschlüssig verbunden ist, um insbesondere ein nach innen biegen der Längsträger 18 bei einem mittigen Frontalaufprall und einem nach innen ziehen der Längsträger 18 durch das Zugglied 1 zu unterstützen. Die formschlüssige Verbindung zwischen der Prallplatte 22 und dem jeweils zugehörigen Längsträger 18 reduziert insbesondere auch eine Gefahr eines Abreißens bzw. Anreißens.
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Das Zugglied 1 kann generell selbstverständlich auch noch für die Befestigung weiterer Elemente vorgesehen werden. Der Faserstrang 6 kann beispielsweise als Thermoplast-Pultrudat mit Kunststofffasern, als ein Tape, als ein endlosfaserverstärktes Pultrudat also ein Faserroving, als ein Extrudat oder als ein Faserstrang aus einer Mischung von schmelzbaren Kunststofffäden und Endlosfasern umfassen. Bereits diese nicht abschließende Aufzählung lässt erahnen, welch mannigfaltige Herstellungsmöglichkeiten für den Faserstrang 6 gegeben sind.
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Das erfindungsgemäße Zugglied kann selbstverständlich auch in einem Kraftfahrzeug mit zumindest einer seitlichen Fahrzeugtür eingesetzt werden, wobei das Zugglied 1 in diesem Fall zwischen einer Türaußenhaut und einer Türinnenverkleidung der Fahrzeugtür angeordnet ist und im Wesentlichen horizontal (bei horizontal stehendem Kraftfahrzeug) oder diagonal in der Fahrzeugtür verläuft und zumindest an seinen jeweiligen Enden mit zumindest einem Türbauteil verbunden, insbesondere verschraubt, ist. Hierdurch kann es als Seitenaufprallschutz dienen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Zugglied 1 und mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 2, lässt sich insbesondere bei einem mittigen Frontalaufprall auf beispielsweise einen Baum oder einen Pfahl, eine verbesserte Verformung durch ein nach innen Verbiegen der Längsträger 18 der Kraftfahrzeugkarosserie 7 erreichen, wodurch mehr Aufprallenergie absorbiert und insbesondere auch eine Intrusionstiefe reduziert werden kann. Insgesamt lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Zugglied ein Insassenschutz des Kraftfahrzeugs 2 erhöhen. Durch die bauraum- und gewichtsoptimierte Ausbildung des Zuggliedes 1, (vgl. insbesondere die 7 und 8) lässt sich dieses vergleichsweise einfach auch in bestehende Motorräume integrieren.
