DE102021125150A1

DE102021125150A1 - Crashelement

Info

Publication number: DE102021125150A1
Application number: DE102021125150.8A
Authority: DE
Inventors: Sascha Türke; Daniel Häffelin
Original assignee: Boge Elastmetall GmbH
Current assignee: Boge Elastmetall GmbH
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-03-30

Abstract

Crashelement mit einer Montageplatte (2) und einem auf die Montageplatte (2) aufgebrachten und mit dieser verbundenen Absorptionskörper (3), der eine Wabenstruktur (4) aufweist und in einer axialen Richtung (x) von der Montageplatte (2) vorsteht, die aus einem thermoplastischen und mit Fasern (6) in Form von Langfasern und/oder Endlosfasern verstärkten Kunststoff besteht, wobei der Absorptionskörper (3) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht und stoffschlüssig mit der Montageplatte (2) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Crashelement mit einer Montageplatte und einem auf die Montageplatte aufgebrachten und mit dieser verbundenen Absorptionskörper, der eine Wabenstruktur aufweist und in einer axialen Richtung von der Montageplatte vorsteht.
Crashelemente werden in der Regel aus metallischen Werkstoffen ausgeführt und finden z.B. Anwendung in Kraftfahrzeugen mit allen Arten von Antriebsmaschinen. Derartige Crashelemente sind jedoch schwer und erhöhen somit den Energiebedarf zum Betreiben des Fahrzeugs. Ferner sind solche Crashelemente teuer.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein leichtgewichtiges und langzeitstabiles Crashelement auszubilden. Ferner soll das Crashelement kostengünstig hergestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit ein Crashelement nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung gegeben.
Ein Crashelement mit einer Montageplatte und einem auf die Montageplatte aufgebrachten und mit dieser verbundenen Absorptionskörper, der eine Wabenstruktur aufweist und in einer axialen Richtung von der Montageplatte vorsteht, ist erfindungsgemäß insbesondere dadurch weitergebildet, dass

- die Montageplatte aus einem thermoplastischen und mit Fasern, insbesondere in Form von Langfasern und/oder Endlosfasern, verstärkten Kunststoff besteht und
- der Absorptionskörper aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht und stoffschlüssig mit der Montageplatte verbunden ist.

Aufgrund der vorgenannten Kunststoff-Werkstoffe kann das Crashelement leichtgewichtig ausgebildet werden. Ferner ist die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Absorptionskörper und der Montageplatte durch Aufspritzen des Absorptionskörpers auf die Montageplatte kostengünstig ausbildbar.
Bevorzugt ist das Crashelement für ein Fahrzeug vorgesehen, welches insbesondere ein Kraftfahrzeug ist. Das Crashelement kann z.B. auch als Energieaufnahmeelement bezeichnet werden. Die Montageplatte ist bevorzugt an eine Fahrzeuggeometrie des oder eines Fahrzeugs angepasst oder anpassbar.
Gemäß einer Weiterbildung ist oder wird der Absorptionskörper auf die Montageplatte aufgespritzt. Dadurch ist oder wird insbesondere die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Absorptionskörper und der Montageplatte ausgebildet. Durch Aufspritzen ist die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Absorptionskörper und der Montageplatte in der Regel kostengünstiger ausbildbar als z.B. durch Kleben mittels eines Klebstoffs oder durch Montage, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung.
Bevorzugt verläuft die axiale Richtung senkrecht zur Montageplatte. Alternativ verläuft die axiale Richtung z.B. schräg zur Montageplatte.
Die Wabenstruktur weist insbesondere mehrere Waben auf. Bevorzugt sind die Waben der Wabenstruktur, insbesondere quer zur axialen Richtung, vorzugsweise direkt, nebeneinander angeordnet. Vorteilhaft verlaufen die Waben der Wabenstruktur, insbesondere jeweils, in axialer Richtung. Bevorzugt umfasst die Wabenstruktur mehrere die Waben begrenzende Wabenwände. Vorzugsweise verlaufen die Wabenwände, insbesondere jeweils, in axialer Richtung. Die Erstreckung der Waben und/oder der Wabenwände in axialer Richtung wird z.B. als Wabenhöhe bezeichnet. Vorteilhaft weist jede Wabenwand, insbesondere quer zur axialen Richtung, eine Wandstärke auf, die z.B. auch als Wanddicke bezeichnet wird. Bevorzugt ist die Wabenstruktur hinsichtlich Wandstärke und/oder Wabenhöhe an lokale Energieabsorptionsanforderungen anpassbar.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen die Waben der Wabenstruktur, insbesondere jeweils, einen polygonalen Querschnitt auf. Beispielsweise weisen die Waben der Wabenstruktur, insbesondere jeweils, einen viereckigen Querschnitt auf. Bevorzugt weisen die Waben der Wabenstruktur, insbesondere jeweils, einen hexagonalen Querschnitt auf. Derartige Waben werden z.B. auch als Sechseckwaben bezeichnet. Ein hexagonaler Querschnitt hat sich als besonders geeignet erwiesen. Alternativ weisen die Waben der Wabenstruktur, insbesondere jeweils, z.B. einen runden Querschnitt auf.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Montageplatte an ihrer dem Absorptionskörper zugewandten Plattenoberfläche einen um den Absorptionskörper teilweise oder zumindest teilweise herum verlaufenden Randabschnitt auf. Bevorzugt verläuft der Randabschnitt vollständig um den Absorptionskörper herum. Der Randabschnitt ist insbesondere für Befestigungszwecke nutzbar.
Gemäß einer Ausgestaltung sind in der Montageplatte mehrere Durchgangslöcher vorgesehen. Durch die Durchgangslöcher sind insbesondere Befestigungsmittel hindurchführbar, wie z.B. Bolzen, Schrauben oder Nieten oder dergleichen. Bevorzugt sind die Durchgangslöcher in dem Randabschnitt vorgesehen. Bevorzugt erstrecken sich die Durchgangslöcher, insbesondere in axialer Richtung, durch die Montageplatte hindurch.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Montageplatte im Bereich der Durchgangslöcher lokal verstärkt, beispielsweise durch Einleger, die insbesondere aus Metall oder aus Kunststoff bestehen, oder durch Verbundmaterialien mit erhöhter Faserdichte.
Gemäß einer Ausgestaltung ist der thermoplastische Kunststoff der Montageplatte ein Polyamid, ein Polycarbonat, ein Polypropylen oder ein Gemisch aus diesen Stoffen oder aus zumindest zwei dieser Stoffe. Insbesondere ist der thermoplastische Kunststoff der Montageplatte ein Kunststoff aus den Stoffklassen der Polyamide, der Polycarbonate und der Polypropylene oder ein Kunststoffgemisch aus Kunststoffen dieser Stoffklassen. Die Fasern der Montageplatte sind bevorzugt Glasfasern und/oder Carbonfasern. Insbesondere sind die Fasern der Montageplatte Langfasern und/oder Endlosfasern. Vorzugsweise weisen die Fasern der Montagplatte eine Faserlänge von mehr als 5 mm auf. Die Montageplatte besteht bevorzugt aus Organoblech. Beispielsweise besteht die Montageplatte aus Prepreg mit thermoplastischer Matrix. Ein derartiges Prepreg wird z.B. auch als Organoblech bezeichnet.
Gemäß einer Weiterbildung ist der thermoplastische Kunststoff des Absorptionskörpers ein Polyamid, ein Polycarbonat, ein Polypropylen oder ein Gemisch aus diesen Stoffen oder aus zumindest zwei dieser Stoffe. Insbesondere ist der thermoplastische Kunststoff des Absorptionskörpers ein Kunststoff aus den Stoffklassen der Polyamide, der Polycarbonate und der Polypropylene oder ein Kunststoffgemisch aus Kunststoffen dieser Stoffklassen. Beispielsweise ist der Absorptionskörper und/oder der Kunststoff des Absorptionskörpers frei von Fasern und/oder unverstärkt. Alternativ ist der Absorptionskörper und/oder der Kunststoff des Absorptionskörpers z.B. mit Fasern verstärkt. Die Fasern des Absorptionskörpers sind bevorzugt Glasfasern und/oder Carbonfasern. Insbesondere sind die Fasern des Absorptionskörpers Langfasern und/oder Kurzfasern. Vorzugsweise weisen die Fasern des Absorptionskörpers eine Faserlänge von weniger als 0,3 mm auf. Bevorzugt stammt der Kunststoff des Absorptionskörpers aus derselben Kunststoffklasse wie der Kunststoff und/oder die Matrix der Montageplatte. Beispielsweise entspricht der Kunststoff des Absorptionskörpers dem Kunststoff und/oder der Matrix der Montageplatte.
Die Erfindung betrifft insbesondere ferner ein Fahrzeug mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Crashelement, wobei das Crashelement und/oder die Montageplatte des Crashelements, insbesondere kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder formschlüssig, an eine Fahrzeugstruktur und/oder an eine Fahrzeugkomponente des Fahrzeugs angebunden ist.
Das Fahrzeug ist bevorzugt ein Landfahrzeug. Vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug. Vorteilhaft weist das Fahrzeug mehrere Fahrzeugräder auf, mit welchen es insbesondere auf einem Untergrund aufsteht.
Bevorzugt liegt die Montageplatte mit ihrer dem Absorptionskörper abgewandten Plattenoberfläche an der Fahrzeugstruktur und/oder an der Fahrzeugkomponente an. Vorzugsweise erstreckt sich der Absorptionskörper in axialer Richtung von der Fahrzeugstruktur und/oder von der Fahrzeugkomponente weg.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Crashelement an der Fahrzeugstruktur und/oder an der Fahrzeugkomponente mit Befestigungsmitteln befestigt. Bevorzugt erstrecken sich die Befestigungsmittel durch in der Montageplatte vorgesehene Durchgangslöcher oder durch die in der Montageplatte vorgesehenen Durchgangslöcher, vorzugsweise in axialer Richtung, hindurch.
Die Montageplatte ist bevorzugt an eine Fahrzeuggeometrie des Fahrzeugs angepasst oder anpassbar. Insbesondere ist die Montageplatte an eine Geometrie der oder einer Fahrzeugstruktur und/oder der oder einer Fahrzeugkomponente angepasst oder anpassbar.
Das Fahrzeug weist bevorzugt einen Fahrzeugaufbau und/oder einen Fahrzeugrahmen auf. Beispielsweise ist die Fahrzeugstruktur und/oder die Fahrzeugkomponente durch den Fahrzeugaufbau und/oder den Fahrzeugrahmen gebildet. Vorteilhaft sind die Fahrzeugräder mittels einer oder mehrerer Radaufhängungen mit dem Fahrzeugaufbau und/oder dem Fahrzeugrahmen verbunden.
Bevorzugt weist das Fahrzeug wenigstens einen Fahrzeugmotor auf. Vorteilhaft sind die Fahrzeugräder oder zumindest ein Teil der Fahrzeugräder mittels des Fahrzeugmotors antreibbar. Der Fahrzeugmotor ist z.B. ein Elektromotor und/oder als Elektromotor ausgebildet. Alternativ ist der Fahrzeugmotor z.B. ein Verbrennungsmotor. Beispielsweise ist die Fahrzeugkomponente durch den Fahrzeugmotor gebildet.
Das Fahrzeug weist vorteilhaft wenigstens einen elektrischen Energiespeicher auf, mittels welchen insbesondere der Elektromotor mit elektrischer Energie versorgbar ist. Der elektrische Energiespeicher umfasst z.B. wenigstens eine Batterie und/oder wenigstens einen Kondensator. Beispielsweise ist die Fahrzeugkomponente durch den elektrischen Energiespeicher gebildet.
Im Normalfall durchläuft eine Fahrzeugstruktur im Fertigungsprozess einen kathodischen Tauchlackierungsprozess (KTL), um eine schützende Oberfläche vor äußeren Einflüssen zu schaffen. Im Zuge der Elektromobilität halten aber moderne Kunststoffverbundstrukturen Einzug in die Fahrzeugstrukturen. Durch die Entwicklung von Hochleistungswerkstoffen auf Kunststoff-Basis können Crashelemente mit sehr hoher Energieabsorption zur Steigerung der Fahrzeugsicherheit geschaffen werden. Dies führt dazu, dass faserverstärkte Kunststoffe als Werkstoff für Fahrzeugstrukturen eingesetzt werden und somit der Prozess KTL entfällt. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben Crashelemente direkt an Fahrzeugstrukturen zu applizieren. In Vergangenheit war dies durch die hohen Temperaturen beim KTL nicht gegeben, da eine Schädigung des Crashelements auf Kunststoffbasis erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen.

1 eine schematische Darstellung eines Crashelements gemäß einer Ausführungsform und
2 eine Fahrzeugkomponente eines Kraftfahrzeugs mit dem Crashelement nach 1.

Aus 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Crashelements 1 gemäß einer Ausführungsform ersichtlich, welches eine Montageplatte 2 und einen auf die Montageplatte 2 aufgebrachten und mit dieser stoffschlüssig verbundenen Absorptionskörper 3 umfasst, der eine Wabenstruktur 4 mit mehreren sechseckigen Waben 5 aufweist und in einer axialen Richtung x von der Montageplatte 2 vorsteht. Dabei besteht die Montageplatte 2 aus einem thermoplastischen und mit Fasern 6 verstärkten Kunststoff, von denen einige lediglich schematisch angedeutet sind. Ferner besteht der Absorptionskörper 3 aus einem thermoplastischen Kunststoff. Der Absorptionskörper 3 ist auf die Montageplatte 2 aufgespritzt und dadurch stoffschlüssig mit dieser verbunden.
Die Montageplatte 2 weist an ihrer dem Absorptionskörper 3 zugewandten Plattenoberfläche 7 einen um den Absorptionskörper 3 zumindest teilweise herum verlaufenden Randabschnitt 8 auf, in dem mehrere sich durch die Montageplatte 2 in axialer Richtung x hindurch erstreckende Durchgangslöcher 9 vorgesehen sind.
Aus 2 ist eine Fahrzeugkomponente 10 eines Kraftfahrzeugs mit dem Crashelement 1 ersichtlich, welches mit Befestigungsmitteln 11, beispielsweise in Form von sich durch die Durchgangslöcher 9 hindurch erstreckenden Schrauben 12 und auf diese aufgeschraubte Muttern 13, an der Fahrzeugkomponente 10 befestigt ist. Die Schrauben 12 können auch in die Fahrzeugkomponente 10 eingeschraubt sein, sodass die Muttern 13 entfallen können. Die Fahrzeugkomponente 10 ist z.B. durch den Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeugs gebildet.
Im Bereich der Durchgangslöcher 9 ist die Montageplatte 2 bevorzugt durch Einleger 14 verstärkt, von denen einer in 2 schematisch angedeutet ist. Die Einleger 14 bestehen z.B. aus Metall oder aus Kunststoff.
Gemäß 2 ist die Montageplatte 2 durch die Befestigungsmittel 11 formschlüssig mit der Fahrzeugkomponente 10 verbunden. Ergänzend oder alternativ es auch möglich, die Montageplatte 2 kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit der Fahrzeugkomponente 10 zu verbinden.
Bezugszeichenliste

1: Crashelement
2: Montageplatte
3: Absorptionskörper
4: Wabenstruktur
5: Wabe
6: Fasern
7: Plattenoberfläche
8: Randabschnitt
9: Durchgangsloch
10: Fahrzeugkomponente
11: Befestigungsmittel
12: Schraube
13: Mutter
14: Einleger
x: axiale Richtung

Claims

Crashelement mit einer Montageplatte (2) und einem auf die Montageplatte (2) aufgebrachten und mit dieser verbundenen Absorptionskörper (3), der eine Wabenstruktur (4) aufweist und in einer axialen Richtung (x) von der Montageplatte (2) vorsteht, dadurch gekennzeichnet, dass - die Montageplatte (2) aus einem thermoplastischen und mit Fasern (6) in Form von Langfasern und/oder Endlosfasern verstärkten Kunststoff besteht und - der Absorptionskörper (3) aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht und stoffschlüssig mit der Montageplatte (2) verbunden ist.
Crashelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorptionskörper (3) auf die Montageplatte (2) aufgespritzt ist.
Crashelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Richtung (x) senkrecht zur Montageplatte (2) verläuft.
Crashelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Waben (5) der Wabenstruktur (4) in axialer Richtung (x) verlaufen.
Crashelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Waben (5) der Wabenstruktur (4) einen hexagonalen Querschnitt aufweisen.
Crashelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte (2) an ihrer dem Absorptionskörper (3) zugewandten Plattenoberfläche (7) einen um den Absorptionskörper (3) zumindest teilweise herum verlaufenden Randabschnitt (8) aufweist.
Crashelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Montageplatte (2) mehrere Durchgangslöcher (9) vorgesehen sind.
Crashelement nach den Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher (9) im Randabschnitt (8) vorgesehen sind.
Crashelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte (2) im Bereich der Durchgangslöcher (9) verstärkt ist.
Crashelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff der Montageplatte (2) ein Kunststoff aus den Stoffklassen der Polyamide, der Polycarbonate und der Polypropylene oder ein Kunststoffgemisch aus Kunststoffen dieser Stoffklassen ist.
Crashelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff des Absorptionskörpers (3) mit Langfasern und/oder mit Kurzfasern verstärkt ist.
Fahrzeug mit wenigstens einem Crashelement (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Montageplatte (2) des Crashelements (1) an eine Fahrzeugstruktur oder Fahrzeugkomponente (10) des Fahrzeugs angebunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte (2) mit ihrer dem Absorptionskörper (3) abgewandten Plattenoberfläche an der Fahrzeugstruktur oder Fahrzeugkomponente (10) anliegt und der Absorptionskörper (3) sich in axialer Richtung x von der Fahrzeugstruktur oder Fahrzeugkomponente (10) weg erstreckt.
Fahrzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Crashelement (1) an der Fahrzeugstruktur oder Fahrzeugkomponente (10) mit Befestigungsmitteln (11) befestigt ist, die sich durch die in der Montageplatte (2) vorgesehenen Durchgangslöcher (9) hindurch erstrecken.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte (2) an eine Fahrzeuggeometrie des Fahrzeugs angepasst ist.