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Die
Erfindung betrifft ein flächiges
Bauteil für Kraftfahrzeugkarosserien
in Schalenbauweise, insbesondere Frontklappe, mit einem äußeren und
einem inneren Metallblech, bei dem das äußere Metallblech auf dem inneren
Metallblech abgestützt
ist, durch welche eine Verformung des äußeren Metallblechs im Falle
eines Aufpralls abgeschwächt
auf das innere Metallblech abgeleitet wird.
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Im
Straßenverkehr
besteht für
ungeschützte Verkehrsteilnehmer
wie Fußgänger und
Radfahrer im Fall einer Kollision mit einem Kraftfahrzeug auch bei geringen
Geschwindigkeiten ein hohes Verletzungsrisiko, weil die an der Kollision
beteiligten Bauteile der Kraftfahrzeugkarosserie, darunter auch
die Frontklappe, nicht nach Kriterien eines optimalen passiven Schutzes
der Fußgänger ausgelegt
sind. Bei herkömmlichen
Frontklappen ist das innere Metallblech als Rahmen mit Streben gestaltet,
wobei der Rahmen und die Streben praktisch auf ihrer gesamten Länge das äußere Blech
rückseitig
abstützen.
Daraus resultieren hohe Massenträgheiten,
eine hohe Steifigkeit insbesondere in den Bereichen, wo das äußere Metallblech
vom inneren Metallblech abgestützt
wird, undefinierte Wechselwirkungen zwischen äußerem und innerem Metallblech
und eine ungleiche Belastungsverteilung über die Frontklappenfläche. Ab
dem Jahre 2005 sind die Kraftfahrzeughersteller aber verpflichtet,
ihre Fahrzeuge auch fußgängerfreundlicher, d.h.
so zu gestalten, dass im Falle einer Kollision mit einem Fußgänger dessen
Verletzungsrisiko im Vergleich zu heute vermindert ist. Die Erfindung
beschäftigt
sich mit dem Zielkonflikt, Karosserien für Kraftfahrzeuge zu schaffen,
die einerseits eine hohe Beulsteifigkeit (Widerstand gegen großflächiges Eindrücken des
Bauteils), eine hohe (statische) Beulfestigkeit (Widerstand gegen
bleibende Verformung nach Krafteinwirkung), dynamische Beulfestigkeit
(Vermeidung von bleibenden Verformungen bei kleinflächigen Belastungen,
wie Hagelschlag) und eine ausreichende Struktursteifigkeit (Biegesteifigkeit
und Torsionssteifigkeit) haben und andererseits bei einer Kollision
mit einem Fußgänger einen
besseren Fußgängerschutz
bieten.
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Flächige Bauteile
für Kraftfahrzeugkarosserien
in Schalenbauweise, die mehr oder weniger den vorgenannten Kriterien
Rechnung tragen, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt (
DE 198 46 192 A1 ;
DE 195 14 324 A1 ,;
DE 100 38 812 A1 ;
EP 1 093 980 B1 ;
GB 2 341 147 A ).
Bei einem bekannten flächigen
Bauteil der eingangs genannten Art (
DE 198 46 192 A1 ) ist das äußere und
innere Metallblech vollflächig
ausgebildet. Das äußere Metallblech
ist auf dem inneren Metallblech über
eine Zwischenlage abgestützt,
die den gesamten Zwischenraum zwischen den Metallblechen ausfüllt oder
mit Höckern das äußere Metallblech
abstützt.
Auch ist das Bauteil wegen des vollflächigen Innenbleches nicht gewichtsoptimiert.
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Bei
einem andersartigen flächigen
Bauteil für Kraftfahrzeugkarosserien
in Schalenbauweise (
DE 195
14 324 A1 ) sind innenseitig an einem Außenblech im Querschnitt U-förmige Innenrippen
befestigt, die eine Halterungsstütze
mit einem vom Außenblech
beabstandeten Aufprallkörper
43 tragen.
Im Falle eines Aufpralls wird die Aufprallenergie vollständig vom äußeren Teilblech
mit seinen Innenrippen aufgenommen, bevor das Außenblech zur Abstützung an
dem beabstandeten Aufprallaufnahmekörper
43 kommt.
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Bei
einem ebenfalls andersartigen bekannten Bauteil (
DE 100 38 812 A1 ) ist ein
Außenblech starr
mit einem umlaufenden Trägerrahmen
verbunden. An der Unterseite des Außenbleches sind über dessen
Fläche
quer verlaufende Versteifungsstreben angeordnet, die im Falle eines
Aufpralls sich am Außenrahmen
abstützen.
Somit wird im Falle eines Aufpralls die Aufprallenergie zwangsläufig vollständig vom
Außenblech
auf den Trägerrahmen
abgeleitet.
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Bei
einem weiteren bekannten flächigen Bauteil
für Kraftfahrzeugkarosserien
(
EP 1 093 980 B1 )
ist ein Außenblech
unmittelbar an einem Innenblech abgestützt.
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Dafür weist
das Innenblech Sicken auf, deren Stirnseiten an der Innenseite des
Außenbleches anliegen.
Im Falle eines Aufpralls wird also die Aufprallenergie vollständig von
der Außenschale
auf die Innenschale übertragen.
Der Aufprallschutz ist deshalb nicht optimal.
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Schließlich ist
ein flächiges
Bauteil für
Kraftfahrzeugkarosserien in Schalenbauweise mit einem Außenblech
und einem Innenblech bekannt (
GB 2 341 147 A ), bei dem der Zwischenraum
zwischen Außenblech
und Innenblech vollständig
mit einer energieabsorbierenden Kanalstruktur, z.B. einer Wabenstruktur,
ausgefüllt
ist. Ein solches Bauteil ist nicht gewichtsoptimiert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil für Kraftfahrzeugkarosserien
der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei ausreichender
Struktursteifigkeit gute Beulsteifigkeits- und Beulfestigkeitseigenschaften
aufweist und im Falle einer Kollision mit einem Fußgänger nachgiebiger
als bekannte Bauteile ist. Zudem soll es bei einfacher Herstellungsweise
flexibel an die jeweiligen Anforderungen anzupassen sein.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten flächigen Bauteil für Kraftfahrzeugkarosserien
in Schalenbauweise dadurch gelöst,
dass im mittleren Bereich des inneren Metallbleches durch großflächige Ausschnitte
Streben und Randbereiche ausgebildet sind, die ihrerseits als Versteifungsprofile ausgebildet
sind, und dass zwischen den vom äußeren Metallblech
beabstandeten Streben und den Randbereichen in ausgewählten Bereichen
Formkörper
eingesetzt sind, die rückseitig
am äußeren Metallblech
anliegen und so das äußere Metallblech
an den Streben und den Randbereichen des inneren Metallbleches großflächig abstützen.
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Während beim
Stand der Technik im Falle eines Aufpralls das äußere und innere Metallblech gleichzeitig
den Stoß aufnehmen
und sich verformen, weil das innere Metallblech das äußere Metallblech unmittelbar
abstützt,
kann sich beim erfindungsgemäßen Bauteil
zunächst
nur das äußere Metallblech mit
seinem es abstützenden
Formkörper
verformen. Wegen der großflächigen Abstützung an
den Formkörpern
ergibt sich am Aufschlagpunkt eine Verringerung der Massenträgheit und
eine Reduzierung der Steifigkeit des Bauteils sowie eine bessere
Verteilung der Belastung über
eine größere Fläche des
Bauteils. Das führt
im Falle einer Kollision zum Beispiel eines Fußgängers mit dem Fahrzeug zu einer
Verminderung der Verletzungsgefahr für den Fußgänger. Die nach wie vor vorhandene
Abstützung
des äußeren Metallbleches über die
Formkörper
an dem inneren Metallblech in ausgewählten Bereichen gewährleistet vor
allem eine gute Beulsteifigkeit.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung sind im mittleren Bereich des
inneren Bleches durch großflächige Ausschnitte
Streben und Randbereiche ausgebildet, die ihrerseits als Versteifungsprofile
ausgebildet sind. Vorzugsweise sind die Versteifungsprofile U-förmig profiliert.
An einem solchen Versteifungsprofil lassen sich auf sehr einfache
Art und Weise die Formkörper
bei entsprechender Profilierung durch Formschluß festlegen. Die Formkörper können allerdings
auch durch Klebung am inneren oder äußeren Metallblech festgelegt
sein. Die Formkörper
können sich über mehrere
Streben und/oder Randbereiche erstrecken. Vorzugsweise sind die
Formkörper
als zum inneren oder äußeren Blech
offene Kästen
ausgebildet. Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn der Innenraum
der Kästen
durch Wände
oder eine Wabenstruktur ausgesteift ist. Mit diesen Kästen wird
ein geringes Gewicht und eine definierte Verformbarkeit erreicht.
Weiter können
die Formkörper
aus begrenzt formsteifem Kunststoff bestehen. Der Kunststoff kann
faserverstärkt
sein.
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Zur
weiteren Reduzierung des Gewichtes können die als Versteifungsprofile
ausgebildeten Streben und/oder Randbereiche gewichtsreduzierende
Aussparungen haben.
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Das äußere Metallblech
kann aus verschiedenen Materialien bestehen. Wenn Dualphasenstahl, (in
der Regel aus 2 unterschiedlichen Gefügen, meist Ferrit mit einem
kleinen Anteil Martensit) verwendet wird, dann hat das den Vorteil,
dass das äußere Metallblech
zum Zwecke der Massenreduzierung vergleichsweise dünn sein
kann. Die mit einer dünneren Blechdicke
einhergehende verminderte Beulfestigkeit wird durch die höhere Festigkeit
des.Dualphasenstahls kompensiert. Es ist aber auch möglich, das äußere Metallblech
aus Aluminium zu fertigen. Damit wird nicht nur ein Beitrag zur
Gewichtsreduzierung, sondern auch zur Verminderung der Massenträgheit geleistet.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert.
Im einzelnen zeigen:
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1 ein
als Frontklappe ausgebildetes Bauteil aus einem äußeren Metallblech und einem
inneren Metallblech in Ansicht auf das äußere Metallblech,
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2 das
mit Formkörpern
bestückte
innere Metallblech des Bauteils gemäß 1 in Aufsicht,
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3A das
Bauteil gemäß 1 im
Schnitt nach Linie A-A der 1,
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3B das
Bauteil gemäß 1 im
Schnitt nach Linie B-B der 1,
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3C das
Bauteil gemäß 1 im
Schnitt nach Linie C-C der 1,
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4 ein
als Frontklappe ausgebildetes Bauteil aus einem äußeren Metallblech und einem
inneren Metallblech in Ansicht auf das äußere Metallblech in einer zur 1 anderen
Ausführung,
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5 das
Bauteil gemäß 4 im
Schnitt nach Linie D-D der 4.
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6 einen
kastenförmigen
Formkörper
für zwei
benachbarte Streben bei einem Bauteil gemäß 1.
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Das
flächige
Bauteil in Form einer schematisch dargestellten Frontklappe eines
Kraftfahrzeuges in Schalenbauweise gemäß 1 besteht
aus einem äußeren vollflächigen Metallblech 1 und
einem inneren gleichformatigen Metallblech 2. In der Regel wird
Stahl für
die Metallbleche 1, 2 verwendet. Vor allem für das äußere Metallblech 1 ist
allerdings auch Aluminium als leichtgewichtiger Werkstoff einsetzbar. Beide
Metallbleche 1, 2 sind an ihrem äußeren, umlaufenden
Rand R fest miteinander verbunden. Das innere Metallblech 2 weist
im mittleren Bereich mehrere Ausschnitte 2a, 2b, 2c auf,
durch die Streben 3, 4 und Randbereiche 5, 6, 7, 8 gebildet
werden. Die Streben 3, 4 sowie die Randbereiche 5, 6, 7, 8 sind im
wesentlichen U-förmig
profiliert und bilden Versteifungsprofile, die auf ihrer gesamten
Länge zum äußeren Metallblech 1 einen
vergleichsweise großen konstanten
Abstand haben. Die Streben 3, 4 und die Randbereiche 5, 6, 7, 8 weisen
an ihren Schenkeln nach außen
weisende Flansche 3a, 3b, 6a, 7a auf. Zwischen
den vom äußeren Metallblech 1 beabstandeten
Streben 3, 4 und Randbereichen 6, 7, 8 sind
in ausgewählten
Bereichen Formkörper 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 eingesetzt,
die rückseitig
am äußeren Metallblech 1 anliegen
und so das äußere Metallblech 1 an
den Streben 3, 4 und den Randbereichen 6, 7, 8 des
inneren Metallbleches 2 verhältnismäßig großflächig abstützen. Diese Formkörper 9 bis 15 sind
profiliert und werden durch Formschluß gehalten. Zusätzlich können sie
durch Klebung an der Innenseite des äußeren Metallbleches 1 oder
dem inneren Metallblech 2 festgelegt sein. Vorzugsweise
sind die Formkörper,
wie in 6 dargestellt, kastenförmig ausgebildet. Ihr Rand
und ihre Zwischenwände
bestehen aus faserverstärktem
Kunststoff. Diese Formkörper sind
so ausgelegt, daß sie
einerseits das äußere Metallblech
zur Erzielung einer ausreichenden Beulsteifigkeit gut abstützen, andererseits
im Falle eines Aufpralls auf das äußere Metallblech 1 nachgeben
und die Kraft abgeschwächt
und verteilt auf das innere Metallblech 2 ableiten.
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Während beim
Ausführungsbeispiel
der 1 bis 3 die Formkörper einzelnen
Streben oder Randbereichen zugeordnet sind, erstrecken sie sich beim
Ausführungsbeispiel
der 4 und 5 über zwei Streben.