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Die Erfindung betrifft einen Aufprallträger für eine Kraftfahrzeugkarosserie, mit einem sich in einer Längsrichtung des Aufprallträgers erstreckenden Hohlprofil, das an einer einem Aufprall abgewandten Seite mit einer Verstärkung versehen ist, die unidirektional in der Längsrichtung angeordnet ist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 53 025 A1 ist ein Aufprallträger einer Fahrzeugkarosserie bekannt, der ein längliches kastenförmiges Hohlprofil aus einem Aluminium-Strangpressprofil umfasst, an dem zumindest an einer dem Fahrzeug zugewandten Rückseite des Hohlprofils ein längliches, flächiges mit Kohlefasern verstärktes Kunststoffteil angebracht ist, wobei die Kohlefasern unidirektional und entlang der Längserstreckung des Kunststoffteils verlaufen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2013 020 437 A1 ist ein Aufprallträger für eine Kraftfahrzeugkarosserie bekannt, der ein längliches Hohlprofil mit zumindest einem flächig faserverstärkten Kunststoffteil aufweist, das zumindest an einer der Aufprallkraft abgewandten Seite des Hohlprofils befestigt ist, wobei das Hohlprofil zumindest an der, der Aufprallkraft abgewandten Seite eine Vielzahl nadelartiger Vorsprünge aufweist, die sich zumindest in das flächige faserverstärkte Kunststoffteil erstrecken. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2013 019 250 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Querträger bekannt, der als Massivumformteil in Leichtbauweise ausgebildet ist, wobei der Querträger mit einem Verstärkungselement als Hybridbauteil ausgebildet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aufprallträger für eine Kraftfahrzeugkarosserie, mit einem sich in einer Längsrichtung des Aufprallträgers erstreckenden Hohlprofil, das an einer einem Aufprall abgewandten Seite mit einer Verstärkung versehen ist, die unidirektional in der Längsrichtung des Aufprallträgers angeordnet ist, im Hinblick auf seine Robustheit gegen Durchreißen und ein lokales Knicken in speziellen Lastfällen zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einem Aufprallträger für eine Kraftfahrzeugkarosserie, mit einem sich in einer Längsrichtung des Aufprallträgers erstreckenden Hohlprofil, das an einer einem Aufprall abgewandten Seite mit einer Verstärkung versehen ist, die unidirektional in der Längsrichtung des Aufprallträgers angeordnet ist, dadurch gelöst, dass das Hohlprofil als Strangpressprofil aus einem Leichtmetall mit in einer Strangpressrichtung durchgehenden in das Leichtmetall eingebetteten Verstärkungen aus einem hochfesten Material ausgeführt ist, das eine mindestens dreifach höhere Festigkeit als das Leichtmetall aufweist. Das als Hohlprofil ausgeführte Strangpressprofil ist biegefest und biegesteif. Die Verstärkungen aus dem hochfesten Material sorgen bei größeren Deformationen des Aufprallträgers in speziellen Lastfällen für extrem hohe Zugfestigkeiten, die ein unerwünschtes Durchreißen des Aufprallträgers sicher verhindern. So kann die an sich sehr gute Biege-Formstabilität des Strangpressprofils in Kombination mit den durchgehenden in das Leichtmetall eingebetteten Verstärkungen in einem einzigen Bauteil ohne zusätzlichen Bauraumbedarf realisiert werden. Dabei wird durch das Leichtmetall eine hohe Gewichtsersparnis realisiert.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Aufprallträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil zu mindestens fünfzig Volumenprozent aus dem Leichtmetall gebildet ist, wobei der Aufprallträger zu höchstens fünfzig Volumenprozent in Strangpressrichtung verlaufende Verstärkungen in Form von Fasern, Seilen oder Drähten aufweist, die zumindest von zwei Seiten von dem Leichtmetall umschlossen sind. Dadurch werden die Verstärkungen stabil in das Strangpressprofil aus dem Leichtmetall eingebettet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Aufprallträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil aus einem Aluminiummaterial oder Magnesiummaterial gebildet ist. Mit diesen Materialien wird bei geringem Gewicht eine gewünschte Biege-Formstabilität sichergestellt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Aufprallträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen aus Stahl, Titan, Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Basaltfasern gebildet sind. Die Verstärkungen werden zum Beispiel in Form von Fasern, Faserbündeln, Drähten, Drahtgeflechten, Seilen, Kabeln in das Leichtmetall eingebettet. Unabhängig von der Art oder Anordnung der Fasern in dem Leichtmetall sind die Verstärkungen auf Zug extrem reißfest.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Aufprallträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen längliche Verstärkungselemente umfassen, die in mindestens einem Verstärkungsstrang als Bündel oder Roving angeordnet sind. Als Roving wird ein Bündel, Strang oder Multifilamentgarn aus parallel angeordneten Verstärkungselementen oder Filamenten beziehungsweise Endlosfasern bezeichnet. In dem Verstärkungsstrang liegen vorzugsweise mehrere Verstärkungselemente parallel nebeneinander. Die Verstärkungselemente können auch in einem Strang, Bündel oder Roving verdrillt sein. Je nach Ausführung liegen auch mehrere Verstärkungsstränge, Bündel oder Rovings nebeneinander oder sind miteinander verdrillt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Aufprallträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verstärkungen übereinander in einer Vertikalen Wand des Strangpressprofils angeordnet sind. Der Begriff vertikal bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug, das mit dem Aufprallträger ausgestattet ist. Vertikal bedeutet im Hinblick auf die Wand, dass die Wand eine Erstreckung in einer z-Richtung des Kraftfahrzeugs aufweist. Als z-Richtung wird auch eine Höhenrichtung des Fahrzeugs bezeichnet. Analog wird eine Längsrichtung des Fahrzeugs als x-Richtung bezeichnet. Eine Querrichtung des Fahrzeugs wird als y-Richtung bezeichnet. Durch die Anordnung der Verstärkungen übereinander in der vertikalen Wand, die zudem vorteilhaft auf einer dem Aufprall abgewandten Seite angeordnet ist, kann die extrem hohe Zugfestigkeit der Verstärkungen in dem Strangpressprofil in dem Aufprallträger optimal genutzt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Aufprallträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen im Querschnitt auf vier Seiten von dem Leichtmetall umgeben sind. Die Verstärkungen sind im Querschnitt vorzugsweise auf allen Seiten, das heißt insbesondere vorne, hinten, oben und unten, von dem Leichtmetall umgeben. So werden die Verstärkungen im Querschnitt vollständig in das Leichtmetall eingebettet. Das Strangpressprofil umfasst vorteilhaft zusätzlich Zwischenstege, durch die das Strangpressprofil in mehrere Kammern unterteilt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Aufprallträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil im Querschnitt zwei vertikale und zwei horizontale Außenstege umfasst, wobei die Verstärkungen in einen dem Aufprall abgewandten vertikalen Außensteg des Strangpressprofils integriert sind. Hintergrund ist, dass dort in speziellen Lastfällen bei einem Aufprall die höchste Zugbelastung auftritt. So können die dort angeordneten Verstärkungen optimal die gewünschte Wirkung im Hinblick auf ihre extrem hohe Zugfestigkeit erzielen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Aufprallträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungen im Querschnitt symmetrisch im Strangpressprofil angeordnet sind. Das kann insbesondere im Hinblick auf Belastungen aus unterschiedlichen Richtungen auf den Aufprallträger vorteilhaft sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Aufprallträgers ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aufprallträger ein Stoßfängerquerträger, ein Querträger zwischen vorderen Enden von Längsträgern der Karosserie oder ein Seitenaufprallschutzträger einer Fahrzeugtür ist. Die Längsträger der Karosserie sind in Fahrzeuglängsrichtung oder x-Richtung angeordnet. Der Begriff Längsrichtung in Bezug auf die Verstärkungen beziehungsweise das Hohlprofil bezieht sich auf deren Längserstreckung. Die Längsrichtung des Hohlprofils und der Verstärkungen verläuft bei der Ausführung des Aufprallträgers als Stoßfängerquerträger oder Querträger zwischen den vorderen Enden von Längsträgern der Karosserie in y-Richtung. Bei der Ausführung des Aufprallträgers als Seitenaufprallschutzträger verläuft die Längsrichtung des Hohlprofils und der Verstärkungen in Fahrzeuglängsrichtung oder x-Richtung. Die speziellen Lastfälle oder Belastungen, denen der Aufprallträger im Betrieb mit einem Kraftfahrzeug ausgesetzt ist, betreffen zum Beispiel eine mittige frontale Kollision mit einem Baum oder Pfahl, bei der ein stehender Pfahl frontal mit relativ hoher Geschwindigkeit in das Fahrzeug eindringt, ohne dabei eine direkte Krafteinwirkung in die Längsträger zu verursachen. Eine ähnliche Problematik ergibt sich bei einem Seitenaufprall, insbesondere wenn eine Fahrzeugtür vor oder hinter einer B-Säule bei einer Kollision getroffen wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
- 1 einen Vorderwagen einer Kraftfahrzeugkarosserie mit einem als Querträger ausgeführten Aufprallträger vor einem durch einen Pfeil angedeuteten Aufprall in perspektivischer Darstellung;
- 2 den Vorderwagen mit dem Querträger aus 1 nach einem Pfahlcrash; und
- 3 den als Querträger ausgeführten Aufprallträger aus den 1 und 2 in einem Querschnitt.
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In den 1 und 2 ist ein Vorderwagen 4 einer Kraftfahrzeugkarosserie 5 perspektivisch dargestellt. Ein als Querträger 6 ausgeführter Aufprallträger 1 ist an in einer Fahrzeuglängsrichtung vorderen Enden von Längsträgern 2, 3 der Kraftfahrzeugkarosserie 5 befestigt. Die Fahrzeuglängsrichtung wird auch als x-Richtung bezeichnet. Der als Querträger 6 ausgeführte Aufprallträger 1 ist in einer Fahrzeugquerrichtung oder y-Richtung angeordnet. Eine Fahrzeughöhenrichtung wird auch als z-Richtung bezeichnet.
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Der Querträger 6 ist als Hohlprofil 7 mit einer Vorderseite 8 und einer Rückseite 9 ausgeführt. An seiner Rückseite 9 sind die vorderen Enden der Längsträger 2, 3 befestigt. An der Vorderseite 8 des Aufprallträgers 1 ist durch einen Pfeil 21 in 1 eine Aufprallkraft angedeutet, die bei einem Aufprall zum Beispiel mittig auf den Aufprallträger 1 aufgebracht wird.
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In 2 ist ein Pfahl 22 angedeutet, durch den der Aufprall beziehungsweise die Aufprallkraft 21 bei einem sogenannten Pfahlcrash verursacht wird. In 2 ist der Aufprallträger 1 in einem durch den Pfahl 22 verformten Zustand dargestellt.
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Das Hohlprofil 7 des Aufprallträgers 1 ist als Strangpressprofil 10 ausgeführt. In einem in 3 dargestellten Querschnitt durch den Aufprallträger 1 sieht man, dass das Strangpressprofil 10 insgesamt vier Hohlkammern 11, 12, 13, 14 umfasst.
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Die Hohlkammern 11, 12, 13, 14 sind durch Zwischenstege 16, 17, 18 unterteilt. An einer Oberseite 19 ist das Strangpressprofil 10 von einem horizontalen Außensteg 33 begrenzt. An seiner Unterseite 20 ist das Strangpressprofil 10 von einem horizontalen Außensteg 34 begrenzt.
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Die horizontalen Außenstege 33 und 34 erstrecken sich parallel zueinander und zu den Zwischenstegen 16, 17, 18. Der Begriff horizontal bedeutet im Hinblick auf die Außenstege, dass sich diese im Wesentlichen in einer Ebene erstrecken, die von der x-Richtung und der y-Richtung aufgespannt wird.
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An seiner Vorderseite 8 wird das Strangpressprofil 10 von einem vertikalen Außensteg 31 begrenzt. An seiner Rückseite 9 ist das Strangpressprofil 10 von einem vertikalen Außensteg 32 begrenzt. In den vertikalen Außensteg 32 ist eine Verstärkung 15 integriert.
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Die Verstärkung 15 umfasst insgesamt acht längliche Verstärkungselemente, die Verstärkungen 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 in dem vertikalen Außensteg 32 des Strangpressprofils 10 darstellen. Die Verstärkungen 41 bis 48 sind übereinander in dem vertikalen Außensteg 32 angeordnet. Dabei verlaufen die Verstärkungen 41 bis 48 parallel zueinander. Die Verstärkungen 41 bis 48 sind darüber hinaus gleichmäßig voneinander beabstandet.
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Die Verstärkungen 41 bis 48 sind als Seile oder Drähte aus einem Material mit einer extrem hohen Zugfestigkeit gebildet. So kann ein unerwünschtes Durchreißen des Aufprallträgers 1 auch bei extremen Belastungen verhindert werden. Das Strangpressprofil 10 alleine ist aus einem Leichtmetall gebildet und biegefest und biegesteif. In 2 ist veranschaulicht, dass die Verstärkung 15 auch bei einem Pfahlcrash mit einer großen Verformung des Aufprallträgers 1 nicht durchreißt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aufprallträger
- 2
- Längsträger
- 3
- Längsträger
- 4
- Vorderwagen
- 5
- Kraftfahrzeugkarosserie
- 6
- Querträger
- 7
- Hohlprofil
- 8
- Vorderseite
- 9
- Rückseite
- 10
- Strangpressprofil
- 11
- Hohlkammer
- 12
- Hohlkammer
- 13
- Hohlkammer
- 14
- Hohlkammer
- 15
- Verstärkung
- 16
- Zwischensteg
- 17
- Zwischensteg
- 18
- Zwischensteg
- 19
- Oberseite
- 20
- Unterseite
- 21
- Pfeil
- 22
- Pfahl
- 31
- vertikaler Außensteg
- 32
- vertikaler Außensteg
- 33
- horizontaler Außensteg
- 34
- horizontaler Außensteg
- 41
- Verstärkung
- 42
- Verstärkung
- 43
- Verstärkung
- 44
- Verstärkung
- 45
- Verstärkung
- 46
- Verstärkung
- 47
- Verstärkung
- 48
- Verstärkung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10153025 A1 [0002]
- DE 102013020437 A1 [0002]
- DE 102013019250 A1 [0002]
