DE202012006236U1

DE202012006236U1 - Cross member for a body of a passenger car

Info

Publication number: DE202012006236U1
Application number: DE201220006236
Authority: DE
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Metalsa Automotive GmbH
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2022-06-29

Abstract

Querträger (12) für eine Karosserie eines Personenkraftwagens, welcher einen aus einem faserverstärkten Kunststoff (12) gebildeten Grundkörper (20) aufweist, in welchen ein Einlegeteil (24) aus Kunststoff integriert ist.Cross member (12) for a body of a passenger car, which comprises a base body (20) formed from a fiber-reinforced plastic (12), in which an insert part (24) made of plastic is integrated.

Description

Die Erfindung betrifft einen Querträger für eine Karosserie eines Personenkraftwagens.The invention relates to a cross member for a body of a passenger car.

Derartige Querträger sind beispielsweise am jeweiligen Ende einer Knautschzone, insbesondere am vorderen Ende einer Vorbaustruktur der Karosserie, angeordnet. So verbindet üblicherweise ein Querträger jeweilige vordere Längsträger einer oberen, zweiten Längsträgerebene, welche sich auf Höhe der jeweiligen Kotflügelbänke erstrecken.Such cross members are arranged, for example, at the respective end of a crumple zone, in particular at the front end of a front structure of the body. Thus, a cross member usually connects respective front longitudinal members of an upper, second longitudinal carrier level, which extend at the level of the respective fender benches.

Derartige Querträger haben üblicherweise mehrere Funktionen und Anforderungen zu erfüllen. So sollen sie bei einer Kollision des Kraftwagens mit einem Unfallpartner mit geringer Breitenüberdeckung (Offset-Crash) gewährleisten, dass der Zugverband zwischen dem jeweils linken und rechten Längsträger, die über den jeweiligen Querträger verbunden sind, erhalten bleibt. Dieser Erhalt des Zugverbandes ist maßgeblich, um eine möglichst gleichmäßige Lastverteilung bzw. Krafteinleitung in beide Längsträger zu erhalten, um schlussendlich ein optimales Ansprechverhalten und Energieabsorptionsvermögen der Knautschzone, beispielsweise der Vorbaustruktur, zu erhalten.Such cross members usually have to fulfill several functions and requirements. So they are to ensure in a collision of the motor vehicle with an accident partner with low latitude coverage (offset crash) that the train between the left and right side members, which are connected via the respective cross member is maintained. This preservation of the train is decisive in order to obtain a uniform load distribution or force introduction in both side members, in order to ultimately obtain an optimal response and energy absorption capacity of the crumple zone, for example, the stem structure.

Andererseits sollen derartige Querträger möglichst gewichtsgünstig ausgestaltet sein, um insgesamt zu einem geringeren Fahrzeuggewicht beizutragen.On the other hand, such cross member should be designed as low weight as possible, to contribute to a total lower vehicle weight.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Querträger der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher trotz geringen Gewichts eine besonders günstige Verbindung zwischen jeweiligen Längsträgern der entsprechenden Knautschzone gewährleistet.Object of the present invention is therefore to provide a cross member of the type mentioned, which ensures despite low weight a particularly favorable connection between the respective longitudinal members of the corresponding crumple zone.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Querträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a cross member with the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um einen Querträger der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher einerseits besonders leicht ausgebildet ist und andererseits bei einer Kollision des Kraftwagens eine zuverlässige, hoch beanspruchbare Verbindung jeweiliger Längsträger, die über den Querträger verbunden sind, zu gewährleisten, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Querträger einen aus einem faserverstärkten. Kunststoff gebildeten Grundkörper aufweist, in welchen ein Einlegeteil aus Kunststoff integriert ist. Durch den Grundkörper aus faserverstärktem Kunststoff wird somit zunächst eine besonders gewichtsgünstige Ausgestaltung des Querträgers ermöglicht. Die zur Verbindung der jeweiligen Längsträger nötige Elastizität bzw. Zugfestigkeit, die der faserverstärkte Kunststoff des Grundkörpers nicht in diesem Maße besitzt, wird durch das Einlegeteil aus einem demgegenüber anderen Kunststoff gewährleistet. So wird durch den Einsatz des Einlegeteils insbesondere erreicht, dass bei einer Kollision des Personenkraftwagens, insbesondere bei einer Frontalkollision mit einem Unfallpartner mit geringer Breitenüberdeckung (Offset-Crash) der Zugverband zwischen dem jeweiligen linken und rechten Längsträger, beispielsweise der oberen, zweiten Längsträgerebene, erhalten bleibt. Somit ergibt sich trotz des geringen Gewichts des Querträgers eine gute lastverteilende Verbindung der beiden Längsträger, wenn die Knautschzone, beispielsweise die Vorbaustruktur, zur Aufnahme von Aufprallenergie herangezogen wird.In order to provide a cross member of the type mentioned above, which on the one hand is particularly lightweight and on the other hand to ensure a reliable, highly durable connection of respective side members, which are connected via the cross member in a collision of the motor vehicle, it is provided according to the invention that the cross member one made of a fiber-reinforced. Plastic formed base body, in which an insert is made of plastic integrated. As a result of the basic body made of fiber-reinforced plastic, a particularly low-weight configuration of the cross member is thus initially made possible. The necessary for the connection of the respective longitudinal beam elasticity or tensile strength, which does not have the fiber-reinforced plastic of the body to this extent, is ensured by the insert from a contrast other plastic. Thus, it is achieved by the use of the insert in particular that in a collision of the passenger car, especially in a frontal collision with an accident partner with low latitude coverage (offset crash) of the train between the respective left and right side members, for example, the upper, second longitudinal member level obtained remains. Thus, despite the low weight of the cross member results in a good load-distributing connection of the two side members when the crumple zone, for example, the stem structure, is used to absorb impact energy.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn das Einlegeteil zumindest im Wesentlichen vollständig in den Grundkörper integriert ist. Durch eine derartige Integration des Einlegeteils ergibt sich ein besonders homogener Materialaufbau des Querträgers.In a further embodiment of the invention, it has been found to be advantageous if the insert is at least substantially completely integrated into the body. Such an integration of the insert results in a particularly homogeneous material structure of the cross member.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Einlegeteil eine gegenüber dem faserverstärkten Kunststoff des Grundkörpers höhere Elastizität aufweist. Somit kann der erwünschte Zugverband zwischen den jeweils zu verbindenden Längsträgern mit der erwünscht hohen Zugfestigkeit des Querträgers erreicht werden.It is also advantageous if the insert has a higher elasticity than the fiber-reinforced plastic of the main body. Thus, the desired tensile bond between the respective longitudinal members to be joined can be achieved with the desired high tensile strength of the cross member.

Das Einlegeteil ist dabei bevorzugter Weise zumindest im Wesentlichen aus PET gebildet. Ein solcher Thermoplast kann beispielsweise in Form einer Folie, eines Bandes, eines Gewebes, Geflechts, Geleges oder dergleichen gebildet sein. Dabei ist das Einlegeteil beispielsweise mit einer Matrix in Plattenform gestaltet bzw. als Halbzeug mit einem entsprechenden Harz oder dergleichen Kunststoff versehen, welcher durch Pressen ausgehärtet werden kann. Der Kunststoff ist dabei bevorzugter Weise identisch oder zumindest ähnlich mit demjenigen des Grundkörpers.The insert is preferably formed at least substantially of PET. Such a thermoplastic may be formed, for example in the form of a film, a tape, a fabric, braid, Geleges or the like. In this case, the insert is designed, for example, with a matrix in the form of a plate or provided as a semi-finished product with a corresponding resin or similar plastic, which can be cured by pressing. The plastic is preferably identical or at least similar to that of the main body.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass ein Faserteil des Grundkörpers mit dem Einlegeteil durch den Kunststoff stoffschlüssig verbunden ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn sowohl der Kunststoff/Harz des Halbzeugs des Grundkörpers und der Kunststoff/Harz des Einlegeteils identisch oder ähnlich sind, so dass beispielsweise nach dem Pressen die vorteilhafte Verbindung von Grundkörper und Einlegeteil bildet.A further advantageous embodiment provides that a fiber part of the base body is materially connected to the insert by the plastic. It is particularly advantageous if both the plastic / resin of the semifinished product of the base body and the plastic / resin of the insert are identical or similar, so that, for example, after pressing forms the advantageous connection of the base and insert.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Einlegeteil nahe einer hinteren Randseite des Grundkörpers angeordnet ist. Somit ist es beispielsweise möglich, dass Bereiche des faserverstärkten Kunststoffes gezielt versagen können, wobei das Einlegeteil ein Strecken des Querträgers insgesamt ermöglicht, ohne dass es zu einem Versagen des Bauteils kommt. Vielmehr bleibt der Zugbandeffekt des Querträgers auch nach dem Versagen der besagten Bereiche erhalten.A further advantageous embodiment provides that the insert is arranged near a rear edge side of the base body. Thus, it is possible, for example, that areas of the fiber-reinforced plastic can selectively fail, wherein the insert allows stretching of the cross member as a whole, without resulting in a failure of the component. Rather, the drawstring effect of the cross member is retained even after the failure of said areas.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass sich das Einlegeteil durchgängig zwischen jeweiligen Befestigungsstellen des Querträgers erstreckt. Somit ist durch das Einlegeteil der Zugverband zwischen den jeweiligen Längsträgern auf besonders günstige Weise zu gewährleisten.A further advantageous embodiment provides that the insert extends continuously between respective attachment points of the cross member. Thus, to ensure by the insert of the train between the respective longitudinal members in a particularly favorable manner.

Der Querträger eignet sich bevorzugter Weise zum Verbinden jeweiliger Längsträger einer oberen, zweiten Längsträgerebene einer Vorbaustruktur der Karosserie. Jedoch ist der Querträger nicht auf das beschriebene Anwendungsgebiet beschränkt, sondern kann sowohl an einer vorderen wie auch an einer hinteren Knautschzone des Personenkraftwagens zum Einsatz kommen.The cross member is preferably suitable for connecting respective longitudinal members of an upper, second longitudinal carrier level of a front structure of the body. However, the cross member is not limited to the described field of application, but can be used both at a front and at a rear crumple zone of the passenger car.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:Further advantages and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawings; these show in:

1 eine schematische Draufsicht auf einen Querträger für eine Vorbaustruktur einer Karosserie eines Personenkraftwagens, mittels welchem jeweilige seitliche Längsträger einer oberen, zweiten Längsträgerebene miteinander zu verbinden bzw. verbunden sind, wobei der Querträger einen aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildeten Grundkörper aufweist, in welchem ein Einlegeteil aus einem PET-Kunststoff integriert ist; und 1 a schematic plan view of a cross member for a front structure of a body of a passenger car, by means of which respective lateral side members of an upper, second longitudinal member level to connect or connected to each other, wherein the cross member has a base body formed of a fiber reinforced plastic, in which an insert from a PET plastic is integrated; and

2 eine schematische und vergrößerte Schnittansicht entlang einer durch die Linie II-II in 1 repräsentierten, in Fahrzeughochrichtung bzw. in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Schnittebene durch den Querträger gemäß 1. 2 a schematic and enlarged sectional view taken along a line II-II in 1 represented, in the vehicle vertical direction or in the vehicle longitudinal direction extending cutting plane through the cross member according to 1 ,

In 1 ist in einer schematischen Draufsicht eine die vordere Knautschzone bildende Vorbaustruktur 10 einer Karosserie eines Personenkraftwagens dargestellt, welche im Wesentlichen einen Querträger 12 umfasst, der einen jeweiligen linken und rechten, lediglich äußerst schematisch dargestellten Längsträger 14, 16 einer oberen, sogenannten zweiten Längsträgerebene miteinander verbindet. Da dieser Querträger 12 üblicherweise auch zur Halterung eines Kühlers eingesetzt wird, wird dieser gelegentlich auch als Kühlerbrücke bezeichnet. Demzufolge sind über den Querträger 12 vorliegend die Längsträger 14, 16 auf Höhe jeweiliger Kotflügelbänke miteinander verbunden. Ebenfalls erkennbar ist in 1 ein äußerst schematisch angedeuteter Antriebsmotor 18 für den Personenkraftwagen.In 1 is a schematic plan view of the front crumple forming a frontal structure 10 a body of a passenger car, which is essentially a cross member 12 comprising a respective left and right, only very schematically illustrated longitudinal beams 14 . 16 an upper, so-called second longitudinal beam level connects to each other. As this cross member 12 Usually also used to hold a cooler, this is sometimes referred to as a cooler bridge. Consequently, over the cross member 12 in this case the side members 14 . 16 connected at the height of respective fender benches. Also recognizable in 1 a very schematically indicated drive motor 18 for the passenger car.

Der Querträger 12 umfasst vorliegend einen Grundkörper 20 aus einem faserverstärkten Kunststoff 22, der im vorliegenden Fall eine etwa U-förmige Grundkontur aufweist.The crossbeam 12 in this case comprises a main body 20 made of a fiber-reinforced plastic 22 , Which in the present case has an approximately U-shaped basic contour.

Wie insbesondere aus 2 erkennbar ist, welche eine ausschnittsweise und vergrößerte Schnittansicht entlang einer durch die Linie II-II in 1 repräsentierten, in Fahrzeughochrichtung bzw. in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Schnittebene durch den Querträger 12 zeigt, ist in den Grundkörper 20 ein Einlegeteil 24 aus Kunststoff, genauer gesagt aus einem PET-Band, integriert.As in particular from 2 It can be seen which a sectional and enlarged sectional view taken along a line II-II in 1 represented, in the vehicle vertical direction or in the vehicle longitudinal direction extending cutting plane through the cross member 12 shows is in the main body 20 an insert 24 made of plastic, more precisely made of a PET tape.

Das bandartige Einlegeteil 24 ist dabei zumindest im Wesentlichen vollständig in den Grundkörper 20 integriert und demzufolge in 1 lediglich gestrichelt angedeutet. Es ist erkennbar, dass das Einlegeteil 24 nahe einer hinteren Randseite 26 des Grundkörpers 20 angeordnet ist. Es erstreckt sich durchgängig zwischen jeweiligen Befestigungsstellen 20 des Querträgers 12 an den jeweiligen Längsträgern 14, 16.The band-like insert 24 is at least substantially completely in the body 20 integrated and therefore in 1 indicated only by dashed lines. It can be seen that the insert part 24 near a rear edge side 26 of the basic body 20 is arranged. It extends continuously between respective attachment points 20 of the crossbeam 12 on the respective side rails 14 . 16 ,

Durch den Einsatz dieses Einlegeteils 24 kann trotz der komplexen Geometrie des als Pressteil ausgebildeten Faserverbundwerkstoffs des Grundkörpers 20 eine durchgehende Materialkomponente mit hoher Zugfestigkeit eingebracht werden. Diese hohe Zugfestigkeit, welche durch das Einlegeteil 24 geschaffen ist, ermöglicht es beispielsweise bei einer Frontalkollision des Personenkraftwagens mit geringer Breitenüberdeckung (Offset-Crash), dass der Zugverband zwischen dem linken und dem rechten Längsträger 14, 16 der oberen bzw. zweiten Längsträgerebene erhalten bleibt. Somit ergibt sich auch bei einer Frontalkollision ein zumindest annähernd gleichmäßiges Ansprechverhalten der Vorbaustruktur 10 und somit eine gleichmäßige Energieabsorption auf beiden Fahrzeugseiten. Die für den Zugverband zwischen den Längsträgern 14, 16 nötige Elastizität des Querträgers 16, die der faserverstärkte Kunststoff des Grundkörpers 20 nicht in diesem Maße besitzt, wird durch den Einsatz des Einlegeteils 26 aus PET erreicht. Das Einlegeteil 24 wird genauso wie ein Faserteil des Grundkörpers 20 zusammen mit einer Matrix in Plattenform – also als jeweiliges Halbzeug – hergestellt. Dadurch wird eine homogene stoffschlüssige Verbindung der unterschiedlichen Materialien erreicht. Hierin liegt auch ein Hauptunterschied zu anderen Hybridbauteilen.Through the use of this insert 24 can despite the complex geometry of formed as a press part fiber composite material of the body 20 a continuous material component with high tensile strength can be introduced. This high tensile strength caused by the insert 24 is created, it allows, for example, in a head-on collision of passenger cars with low width coverage (offset crash) that the train between the left and right side members 14 . 16 the upper or second longitudinal carrier level is maintained. Thus, even in a frontal collision, an at least approximately uniform response of the stem structure results 10 and thus a uniform energy absorption on both sides of the vehicle. The for the train between the side rails 14 . 16 necessary elasticity of the cross member 16 , which is the fiber-reinforced plastic of the main body 20 not owns to this extent, is through the use of the insert 26 achieved from PET. The insert 24 becomes just like a fiber part of the body 20 together with a matrix in plate form - ie as a respective semi-finished - made. As a result, a homogeneous cohesive connection of the different materials is achieved. This is also a major difference to other hybrid components.

Das Einlegeteil 24 erstreckt sich dabei nicht über den gesamten Querschnitt, sondern nur in einem schmalen Streifen nahe der Randseite 26, also auf der Hauptzugseite des Querträgers 12. In jeweiligen Bereichen 30 gezielten Versagens, welche sich in den Eckbereichen des Grundkörpers 20 befinden, in denen sich das Einlegeteil 24 nicht erstreckt, kann der Querträger 12 bzw. der Grundkörpers 20 bei Eintragen einer unfallbedingten Zugkraft gemäß der mit dem Pfeil angedeuteten Zugrichtung Z gezielt nachgeben. Hierdurch ergibt sich geometrisch ein Strecken, wobei durch das Einlegeteil 24 sichergestellt ist, dass der Zugverband des Querträgers 12 zwischen den Längsträgern 14, 16 erhalten bleibt. Während also der Grundkörper 20 in diesem Fall gezielt nachgeben kann, ist durch das Einlegeteil 24 die sichere Verbindung der Längsträger 14, 16 auch bei einer Frontalkollision des Personenkraftwagens mit geringer Breitenüberdeckung (Offset-Crash) gewährleistet.The insert 24 does not extend over the entire cross section, but only in a narrow strip near the edge 26 , so on the main tension side of the cross member 12 , In respective areas 30 Targeted failure, which occurs in the corner areas of the body 20 located in which the insert 24 not extending, can the cross member 12 or the basic body 20 when entering an accidental traction in accordance with the direction indicated by the arrow pull Z targeted. This results in a geometric stretching, with the insert 24 it is ensured that the train of the cross member 12 between the side rails 14 . 16 preserved. So while the main body 20 in this case can yield purposefully, is through the insert part 24 the secure connection of the side members 14 . 16 guaranteed even with a head-on collision of passenger cars with low width coverage (offset crash).

Da das Faserteil des Grundkörpers 20 mit dem Einlegeteil 24 vorzugsweise durch den Kunststoff stoffschlüssig verbunden ist, ergibt sich eine hohe Struktursteifigkeit und ein homogener Materialaufbau. So ist es beispielsweise denkbar, ein mit Harz getränktes Faserteil des Grundkörpers 20 einzusetzen, welches mit dem Einlegeteil 24, das ebenfalls mit Harz versehen ist, stoffschlüssig verbunden werden kann. Das Faserteil des Grundkörpers 20 kann dabei beispielsweise eine topologieoptimierte Auslegung haben, also beispielsweise als entsprechendes Gelege gestaltet sein. Auch eine Ausgestaltung als Folie, Band, Gewebe, Geflecht, oder dergleichen ist denkbar. Ein weiterer Vorteil des Querträgers 12 besteht darin, dass eine gute Verarbeitbarkeit gegeben ist und auch eine spanende Bearbeitung möglich ist, ohne dass hierdurch eine Korrosionsgefahr durch freigelegte kritische Komponenten entsteht. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass – wie aus 2 zu erkennen ist – das Einlegeteil 24 vollständig durch den faserverstärkten Kunststoff 22 umgeben ist.As the fiber part of the body 20 with the insert 24 is preferably materially connected by the plastic, results in a high structural rigidity and a homogeneous material structure. Thus, it is conceivable, for example, a resin impregnated fiber part of the body 20 to use, which with the insert 24 , which is also provided with resin, can be bonded cohesively. The fiber part of the main body 20 In this case, for example, it may have a topology-optimized design, that is to say be designed as a corresponding clutch, for example. An embodiment as a film, tape, fabric, mesh, or the like is conceivable. Another advantage of the cross member 12 consists in the fact that a good processability is given and also a machining is possible, without causing a risk of corrosion by exposed critical components. It is particularly advantageous that - as from 2 to recognize is - the insert 24 completely through the fiber reinforced plastic 22 is surrounded.

Claims

Cross member ( 12 ) for a body of a passenger car, which is made of a fiber-reinforced plastic ( 12 ) basic body ( 20 ), in which an insert ( 24 ) is made of plastic.

Cross member ( 12 ) according to claim 1, characterized in that the insert part ( 24 ) at least substantially completely into the body ( 20 ) is integrated.

Cross member ( 12 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the insert part ( 24 ) one opposite the fiber reinforced plastic ( 12 ) of the basic body ( 20 ) has higher elasticity.

Cross member ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insert part ( 24 ) is formed at least substantially of PET.

Cross member ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a fiber part of the base body ( 20 ) with the insert ( 24 ) is firmly bonded by the plastic.

Cross member ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insert part ( 24 ) is designed as a band.

Cross member ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insert part ( 24 ) near a rear edge side ( 26 ) of the basic body ( 20 ) is arranged.

Cross member ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the insert part ( 24 ) continuously between respective attachment points ( 28 ) of the cross member ( 12 ).

Cross member ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cross member ( 12 ) for connecting respective longitudinal members ( 14 . 16 ) an upper longitudinal member level of a front structure ( 10 ) of the body is formed.