DE4407731A1 - Tür für einen Kraftwagen - Google Patents
Tür für einen KraftwagenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Tür für einen Kraftwagen ge
mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bereits bekannte Seitentüren von Personenkraftwagen sind
in der Regel aus Stahlblech hergestellt. Die Rohbautüre
entsteht durch das Fügen einer Außenhaut mit einem Innen
blech, das durch eine Vielzahl von zusätzlichen Blechtei
len verstärkt ist.
Ferner gibt es Seitentüren, die ein Stahlinnenblech als
tragende Struktur aufweisen und bei denen die Außenhaut
aus Kunststoff besteht. Diese Außenhaut hat jedoch nur
eine Verkleidungsfunktion. Ferner gibt es Seitentüren,
bei denen die tragende Struktur aus Aluminiumprofilen zu
sammengesetzt ist. An dieser tragenden Struktur ist eine
Außenhaut aus Kunststoff als Verkleidungsbauteil befe
stigt.
Ferner ist es bekannt, zum Insassenschutz bei seitlichen
Kollisionen mit anderen Fahrzeugen und bei Aufprallvor
gängen eine Versteifung der Kraftfahrzeug-Seitentür vor
zusehen. Diese Versteifungen sind in der Regel in der Tür
eingesetzte Profile, die in Fahrzeugquerrichtung eine
hohe Steifigkeit und/oder ein hohes Energieaufnahmevermö
gen besitzen, wie dies beispielsweise aus der
DE-OS 40 32 992 bekannt ist. Neben metallischen Verstär
kungen kommen auch Verstärkungselemente aus Kunststoff
zum Einsatz, wie dies beispielsweise aus der
DE-OS 24 14 114 hervorgeht.
Bei Stahlblechtüren ist von Nachteil, daß sie ein relativ
hohes Gewicht aufweisen und aus einer großen Anzahl von
Bauteilkomponenten und Verstärkungsteilen bestehen. Da
durch ergibt sich ein hoher Fertigungs- und Fügeaufwand
der Rohbautüre. Um die hohen Anforderungen an die Ober
flächenqualität sicherzustellen, müssen die Außenhaut und
das Innenblech der Stahlblechtüre durch eine relativ auf
wendige Klebebördelverbindung gefügt werden. Darüber hin
aus ist die Stahlblechtür als Hohlraum besonders korrosi
onsgefährdet. Aufgrund der stark beeinträchtigten Zugäng
lichkeit des Innenraumes der Stahlblechtür zwischen dem
Innenblech und der Außenhaut kann die Montage der Tür
aggregate nur äußerst umständlich und zeitintensiv erfol
gen.
Bei den Seitentüren mit einer Außenhaut aus Kunststoff
bleibt das Korrosionsproblem aufgrund des Stahlblechein
satzes bestehen. Ferner kann es aufgrund eines Verbund
werkstoff-Konzeptes zu Recyclingproblemen kommen.
Die bekannten Versteifungsmaßnahmen der Seitentür führen
in der Regel zu einer unerwünschten Gewichtszunahme. Fer
ner kann es aufgrund der Versteifungsmaßnahmen zu einer
Erhöhung der Türdicke kommen, wodurch sich bei gleicher
Fahrzeugbreite der zur Verfügung stehende Fahrzeuginnen
raum verringert.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Tür für ein Kraftfahr
zeug zu schaffen, die leicht baut und die eine hohe Stei
figkeit und Festigkeit insbesondere gegen einen Seiten
crash aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einer erfindungsgemäßen Tür durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen für die
Tragstruktur einer Tür eines Kraftwagens, insbesondere
einer Seitentür eines Personenkraftwagens, ergibt sich in
einfacher Weise ein Leichtbau, der bei hoher Steifigkeit
und Festigkeit ein hohes Energieabsorptionsvermögen bei
geringen Verformungswegen aufweist. Belastungsgerechte
Konstruktionen werden dadurch ermöglicht, daß sich der
Faserverbundwerkstoff entsprechend der Beanspruchung kon
struieren läßt. Zusätzlich bieten Faserverbundwerkstoffe
gute Schalldämpfungs- und Dämpfungseigenschaften und er
fordern keine aufwendigen Korrosionsschutzmaßnahmen. Als
Verbindungstechniken eignen sich energiearme Kunststoff
schweißverfahren. Durch die geringen Umformkräfte sind
lediglich kleine und kostengünstige Thermoformanlagen
notwendig.
Durch die hohe Integrationsfähigkeit der Faserverbund
werkstoffe läßt sich die Seitentür im wesentlichen auf
vier oder drei Bauteilkomponenten reduzieren. Dabei be
steht die Tragstruktur und der ggf. vorhandene Fenster
rahmen aus zwei Bauteilen, nämlich einer Innen- und einer
Außenschale, die mittels eines Kunststoffschweißverfahren
gefügt werden. Die dritte Bauteilkomponente ist eine of
fene Halbschale zur Aufnahme der Tür-Außenhaut. Die of
fene Halbschale schließt sich an die Tragstruktur in
Richtung des Schwellers an. Die offene Halbschale kann
auch bereits an der Innenschale integriert sein, so daß
sich die Anzahl der Bauteilkomponenten auf drei Bauteil
komponenten reduziert. Die Tür-Außenhaut stellt die
vierte bzw. dritte Bauteilkomponente dar. Die Außenhaut
ist lösbar an der Tragstruktur und der Halbschale befe
stigt.
Die nachträglich anzubringende Außenhaut führt zu einer
entscheidenden Montagevereinfachung, da an der Tragstruk
tur zunächst die Türaggregate wie Fensterheber und Zen
tralverriegelung von beiden Seiten in einfacher Weise an
die frei zugängliche Tragstruktur montierbar sind. Durch
die lösbare Befestigung der Außenhaut sind Reparaturen
vereinfacht, da die Tragstruktur nach Lösen der Außenhaut
auch von außen zugänglich ist. Im Fall einer Beschädigung
der Außenhaut kann diese in einfacher Weise ausgetauscht
werden.
Vorteilhafterweise besteht der Faserverbundwerkstoff aus
faserverstärkten Duroplasten oder aus endlos glasfaser
verstärkten Thermoplasten. Durch die Orientierung der Fa
sern in den einzelnen Laminat-Schichten des Aufbaus ist
eine kraftflußgerechte Bauteilgestaltung möglich. Der Fa
servolumenanteil liegt vorzugsweise bei 50 bis 60%.
Die Tragstruktur weist in etwa waagrecht und/oder schräg
verlaufende Querträger auf. Prinzipiell können die Quer
träger zur Aufnahme der Aufprallkräfte in Richtung der
Außenhaut oder zum Fahrzeuginnenraum angeordnet sein. Bei
außenliegenden Querträgern ergibt sich der Vorteil, daß
die Aufprallkräfte sofort durch die Querträger aufgenom
men werden. Bei innenliegenden Querträgern liegt die
Scheibenabzugskurve eines Seitenfensters näher an der Au
ßenhaut, wodurch mehr Bauraum für die Querträgerdimensio
nierung zur Verfügung steht. Ferner ist die Befestigung
von Bauteilen, beispielsweise der Armlehne, direkt an
einem Querträger möglich. Bei einem innenliegenden Quer
träger sind die Kraftflußverhältnisse im Schloßbereich
günstig. Auch ist die Fertigung einfacher, da der Füge
flanschverlauf zwischen den zu verbindenden Schalen ein
facher gestaltet werden kann. Schließlich ist eine Ver
ringerung der Türbreite möglich, so daß sich bei gleicher
Fahrzeugbreite ein größerer Innenraum und damit ein grö
ßerer zur Verfügung stehender Verformungsweg ergibt.
Die Tragstruktur ist so ausgelegt, daß zumindest die auf
tretenden Crash-Belastungen auf direktem Weg in die Quer
träger eingeleitet werden. Vorteilhafterweise ist ein
Querträger zwischen dem oberen Scharnier der Tür und dem
Schloßbereich ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich er
streckt sich ein weiterer Quer- oder Diagonalträger vom
unteren Scharnier zum Schloßbereich. Als günstig hat es
sich auch erwiesen, die Kräfte, die von dem oberen oder
unteren Scharnier weitergeleitet werden sollen, in Rich
tung des Schweller-/B-Säulenknotens über einen Quer- oder
Diagonalträger einzuleiten, da dieser Knoten sehr steif
ausgelegt ist. Die Tragstruktur bildet somit in der Regel
ein Dreieck, das aus einem Querträger, einem Scharnier-
oder Schloß-Vertikalträger und einem Diagonalträger be
steht. In einer anderen Ausführungsform ist der Diagonal
träger durch einen weiteren waagrechten Querträger er
setzt, so daß die Tragstruktur mit dem seitlichen Schar
nier-Vertikalträger und dem Schloß-Vertikalträger sowie
dem oberen Querträger ein Viereck, insbesondere ein
Rechteck, bildet. Ferner können zwei Diagonalträger vor
gesehen sein, deren Kreuzungsbereich Verstärkungen auf
weisen kann. Der Scharnierträger und der Schloßträger
sind ebenfalls wie die Querträger über die Innen- und Au
ßenschale aufgebaut.
Die entsprechenden Träger sind an ihren Enden über ein
stückig in den Schalen ausgebildete Knoten miteinander
verbunden. Die Knoten können mit Verstärkungen versehen
sein. Vorteilhafterweise kann eine solche Verstärkung aus
einer Halbrippe, einer Vollrippe, einer Ausschäumung mit
Hartschaum oder durch eine partielle Erhöhung der Wand
dicke im Knotenbereich erfolgen. Vorteilhafterweise kön
nen für die Verstärkungen auch Recyclate eingesetzt wer
den. Die verwendeten Werkstoffe der Verstärkungen sind
gleiche oder gleichartige Werkstoffe wie die für die
Schalen der Tragstruktur verwendeten Werkstoffe.
Zur Verringerung der Umformgrade und ggf. zur Verringe
rung der Bauhöhe der verwendeten Fertigungsvorrichtung
sind die Seitenwände der Halbschale nicht senkrecht, son
dern schräg ausgebildet. Eine weitere Verringerung des
Umformgrades wird dadurch erreicht, daß der Fügeflansch
möglichst mittig zum Querträger-Querschnitt verläuft.
Die Verbindung der die Träger und Knoten bildenden Scha
len kann durch Schweißen und/oder Kleben erfolgen. Die
Wärmeleitung erfolgt in der Regel direkt über ein Heiz
element. Ferner können die zu verbindenden Bauteile durch
Hochfrequenzschweißen miteinander befestigt werden. In
der Regel sind die Befestigungsstellen als Fügeflansche
ausgebildet, die beim Fensterrahmen als Anlage für das
Seitenfenster dienen.
Bei der Aufnahme für die Scharnierbolzen hat es sich als
vorteilhaft gezeigt, einen Metalleinsatz als Verstär
kungselement zu verwenden, das zumindest an seiner Um
fangsfläche durch eine aus Faserverbundwerkstoff beste
hende Schlaufe umgeben ist. Die Schlaufe wird durch zwei
sich überlappende Laschen gebildet, die entweder mitein
ander verschweißt oder verklebt sind. Die gesamten Lager
kräfte, insbesondere die im Crashfall auftretenden hohen
Zugkräfte, werden an jedem Scharnier durch die über die
Überlappungen gebildeten Schlaufen übertragen. Der Me
talleinsatz sollte elektrisch leitfähig sein, so daß er
als Elektrode beim Hochfrequenzschweißen verwendbar ist.
Vorzugsweise ist der Metalleinsatz ein Leichtmetall, bei
spielsweise Aluminium. Das Leichtmetall ist vorzugsweise
ein Strangpreßprofil oder ein Stranggußteil.
Zur Erhöhung der Festigkeit ist der Metalleinsatz mit dem
Faserverbundwerkstoff verklebt. Dies kann vorteilhafter
weise dadurch erfolgen, daß der Matrixwerkstoff als Folie
in der Aufnahmeöffnung oder auf dem Metalleinsatz ange
ordnet ist. Durch die beim Verschweißen erzeugte Wärme
schmilzt diese Folie und füllt den zwischen der Aufnahme
öffnung und dem Metalleinsatz vorhandenen Zwischenraum
aus, so daß der Metalleinsatz spielfrei gehaltert ist.
Zur Erhöhung der übertragbaren Kräfte kann der Metallein
satz mit Vertiefungen wie Kerben oder Rillen oder mit An
lageflächen versehen sein, die in entsprechende Vertie
fungen der Schlaufe einrasten oder an Anlageflächen an
liegen.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand
der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zei
gen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Tür, schräg
von vorne, die einen Fensterrahmen und einen
Türkörper aufweist,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Außenhaut,
die mit dem Türkörper der Fig. 1 verbunden
wird,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Tür ohne
Fensterrahmen und ohne Außenhaut,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Außenhaut,
die zum Türkörper der Fig. 3 gehört,
Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer mit einer Außen
haut versehenen Tür, bei der zwei Querträger an
der Innenseite der Tür angeordnet sind,
Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer mit einer Außen
haut versehenen Tür, bei der zwei innenliegende
Querträger vorgesehen sind und der Abstand zwi
schen den Querträgern und der Außenhaut mini
miert ist,
Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer mit einer Außen
haut versehenen Tür, bei der zwei Querträger
außen liegen,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines mit Vollrip
pen verstärkten Knotens,
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Knotens, der
durch eine partielle Erhöhung der Halbschalen-
Wanddicke verstärkt ist,
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines mit einem
Schaumteil versehenen Knotens,
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer durch eine
Halbrippe verstärkten Halbschale,
Fig. 12 bis 16 Seitenansichten einer Tür mit verschiedenen An
ordnungen von Quer- und Diagonalträgern zur
Bildung der Tragstruktur im Türkörper,
Fig. 17 eine Schnittansicht längs der Linie A-A in der
Fig. 1,
Fig. 18 eine Schnittansicht längs der Linie B-B in der
Fig. 1,
Fig. 19a und b jeweils eine Schnittansicht längs der Linie C-C
in der Fig. 1,
Fig. 20 eine Schnittansicht längs der Linie D-D in der
Fig. 1,
Fig. 21 eine Schnittansicht längs der Linie E-E in der
Fig. 1,
Fig. 22 eine Schnittansicht längs der Linie F-F in der
Fig. 1,
Fig. 23 eine Schnittansicht längs der Linie G-G in der
Fig. 2,
Fig. 24 einen Schichtaufbau für den Fensterrahmenbe
reich sowie die Quer- und/oder Diagonalträger
der Fig. 3,
Fig. 25 einen Schichtaufbau für die Quer- und/oder Dia
gonalträger der Tür der Fig. 1,
Fig. 26 eine perspektivische Ansicht eines als Platte
ausgebildeten Endabschnittes einer Halbschale
mit einer noch nicht umgeformten Lasche,
Fig. 27 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer
Halbschale nach dem Umformvorgang, an dem die
Fügeflansche zur Befestigung für die Gegen
schale oder Gegenplatte und ein L-förmiger Arm
zur Bildung einer Schlaufe ausgebildet ist,
Fig. 28 eine perspektivische Ansicht eines Metallein
satzes,
Fig. 29 eine Ansicht von oben auf den in der Fig. 28
gezeigten Metalleinsatz,
Fig. 30 eine perspektivische Ansicht der in der Fig. 27
gezeigten Halbschale, bei der der Metalleinsatz
der Fig. 28 und 29 in dem Zwischenraum zwi
schen dem Arm und der Halbschale montiert ist,
Fig. 31 eine perspektivische Ansicht eines in einer
Schlaufe befestigten Metalleinsatzes.
In der Fig. 1 ist eine Tür oder eine Seitentür 1 eines
Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftwagens
gezeigt, die aus einem Faserverbundwerkstoff aufgebaut
ist. Die Tür 1 weist einen Türkörper 2 und einen Fenster
rahmen 3 auf. Der Türkörper 2 besteht im wesentlichen aus
drei Bauteil-Komponenten, nämlich einer Tragstruktur 4,
die als ein Dreiecksrahmen ausgebildet ist und aus einer
Innenschale 5 und einer Außenschale 6 zusammengesetzt
ist. Eine offene Halbschale oder ein offenes Profil 7 ist
als Teil der Innenschale 5 ausgebildet, wobei die Halb
schale 7 in der Ansicht der Fig. 1 in etwa eine L-Form
hat und den Türkörper 2 nach unten hin begrenzt. Das
dritte Bauteil ist die in der Fig. 2 gezeigte Außenhaut
8, die vorzugsweise lösbar an dem Türkörper 2, d. h. an
der Tragstruktur 4 und der Halbschale 7 befestigt ist.
Der Dreiecksrahmen der Tragstruktur 4 weist einen oberen,
im wesentlichen waagrecht verlaufenden Querträger 9,
einen in etwa senkrecht verlaufenden Scharnierträger 10
und einen zwischen einem unteren Scharnier 11 und einem
schräg dazu gegenüberliegenden Schloßbereich 13 verlau
fenden Diagonalträger 14 auf. Der Querträger 9 ist mit
dem Diagonalträger 14 im Schloßbereich 13 über einen Kno
ten 15 verbunden. An dem Knoten 15 ist ferner ein in etwa
senkrecht verlaufender Abschnitt 16 des Fensterrahmens 3
angebunden. Auf der gegenüberliegenden Seite ist in Höhe
eines oberen Scharniers 12 ein weiterer Knoten 17 vorge
sehen, an dem der Querträger 9 mit dem Scharnierträger 10
und einem schrägverlaufenden Abschnitt 18 des Fensterrah
mens 3 verbunden ist. Ein dritter Knoten 19 befindet sich
in Höhe des unteren Scharniers 11 und verbindet den
Scharnierträger 10 mit dem Diagonalträger 14.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Tür 20 mit einem Türkör
per 21. Die Tür 20 ist ohne Fensterrahmen und wird vor
zugsweise für Fahrzeuge wie Roadster, Cabriolets und
Coupes eingesetzt. Der Türkörper 21 weist ebenfalls eine
Tragstruktur 22 und eine nach außen hin offene Halbschale
23 auf. Durch das Fehlen des Fensterrahmens kann auch
keine Torsionsbelastung über den Fensterrahmen in die
Tragstruktur 22 eingeleitet werden, so daß der Laminat
aufbau der Tragstruktur 22 anders aufgebaut sein kann als
der Laminataufbau der Tragstruktur 4. Die Tragstruktur 22
weist ebenfalls einen in etwa waagrecht verlaufenden
Querträger 24, einen Scharnierträger 25 und einen Diago
nalträger 26 auf. Diese Träger sind an ihren jeweiligen
Enden über Knoten miteinander verbunden.
Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen Querschnittsansichten von
Ausführungsformen der in den Fig. 1 und 2 gezeigten
Tür 1, die neben einem Türkörper 2 zusätzlich einen Fen
sterrahmen 3 aufweisen. Bei den Ausführungsformen der
Fig. 5 und 6 ist die Tragstruktur 4 zur Fahrzeuginnen
seite 27 hin angeordnet. In strichlierten Linien ist eine
Scheibenabzugskurve 28 in den Fig. 5 bis 7 eingezeich
net, deren Verlauf die Bewegungsbahn eines nicht abgebil
deten Seitenfensters zeigt.
Eine innenliegende Tragstruktur 4 hat den Vorteil, daß
mehr Bauraum für die Dimensionierung der Träger, insbe
sondere des Querträgers 9 und des Diagonalträgers 14, zur
Verfügung steht. Bei der Ausführungsform nach der Fig. 6
kann die Breite der Tür verringert werden. Daraus ergibt
sich, daß bei gleichbleibender Fahrzeugbreite ein breite
rer Fahrgastinnenraum entsteht. Von Vorteil ist ferner,
daß bei einer innenliegenden Tragstruktur die Befestigung
von Ausstattungsteilen, wie beispielsweise einer Arm
lehne, ohne eine zusätzliche Versteifung möglich ist, in
dem die Ausstattungsteile direkt an der Tragstruktur 4
befestigbar sind. Ferner ergibt sich bei einer innenlie
genden Tragstruktur 4 ein einfacher Fügeflanschverlauf,
der im wesentlichen ohne eine Stufenbildung sich vom Fü
geflansch der Tragstruktur 4 in den Fügeflansch des Fen
sterrahmens 3 fortsetzt, wobei der Fügeflansch des Fen
sterrahmens 3 gleichzeitig als Anlagefläche für das Sei
tenfenster dient.
Die Ausführungsform der Fig. 7 weist eine außenliegende
Tragstruktur 4 auf, die an der Innenseite 29 der Außen
haut 8 angeordnet ist. Von Vorteil ist bei dieser Bau
weise, daß die Seitenkräfte bei einem Aufprall direkt
durch die Tragstruktur 4 aufgenommen werden.
Die Fig. 8 bis 11 zeigen verschiedene Ausführungsfor
men von Knotenversteifungen. In der Fig. 8 sind drei
Vollrippen 30, 31, 32 bei einem unteren Scharnierknoten
33 gezeigt. Dabei erstreckt sich die Vollrippe 30 über
den gesamten Querschnitt eines unteren Endes 34 eines
Scharnierträgers 35. Eine weitere Vollrippe 31 ist am
Ende 36 eines unteren Querträgers 37 ausgebildet. Eine
weitere Vollrippe 32 schließt den Querschnitt einer
Scharnieranbindung 38, deren Aufbau in den Fig. 26 bis
31 detaillierter gezeigt ist. Bei dem Scharnierknoten 33
der Fig. 9 wird eine Steigerung der Strukturfestigkeit
und -steifigkeit durch eine partielle Erhöhung 39 der
Wanddicke erreicht, wie dies in der Fig. 9 durch die
Schraffur gezeigt ist. Bei dem Knoten 33 der Fig. 10 wird
eine Erhöhung der Steifigkeit durch ein stützendes
Schaumteil 40 erreicht. Die Fig. 11 zeigt eine Innen-
Halbschale 41 des Scharnierknotens 33, bei der zur Ver
steifung am Ende 36 des unteren Querträgers 37 eine Halb
rippe 42 befestigt ist, deren Breite der Tiefe der Halb
schale 41 entspricht. In der in der Fig. 11 gezeigten
Ausführungsform setzt sich die Halbrippe 42 im Anschluß
an das untere Ende 34 einer Halbschale des Scharnierträ
gers 35 fort.
Die Vollrippen 30 bis 31 und die Halbrippe 42 sind in der
Regel als plattenförmige Bauteile ausgebildet. In einer
weiteren Ausführungsform können diese Rippen zu offenen
oder geschlossenen Profilen miteinander verbunden werden,
so daß beispielsweise ein L-Profil, ein U-Profil oder ein
geschlossenes Viereckprofil entsteht, das wiederum als
L-, U-, T- oder Kreuz-Profil usw. ausgebildet sein kann.
Aufgrund der Variationsmöglichkeiten können durch ein
einziges Verstärkungsprofil mehrere Träger oder Bauteile
gleichzeitig miteinander verbunden und/oder verstärkt
werden.
Die Fig. 12 bis 16 zeigen verschiedene Ausführungsfor
men von Tragstrukturen. Wie bereits oben in bezug auf die
Fig. 1 und 2 ausgeführt wurde, können die in den
Fig. 12 bis 16 gezeigten Tragstrukturen ebenfalls bei
einer fensterrahmenlosen Tür eingesetzt werden. Bei den
Ausführungsformen der Fig. 12 bis 15 weisen die
Tragstrukturen 43, 44, 45, 46, 47, 48 Dreiecksrahmen auf,
während die in der Fig. 16 gezeigte Ausführungsform als
eine viereckförmige Tragstruktur 49 ausgebildet ist. In
einer nicht abgebildeten Ausführungsform kann die
Tragstruktur mit sich kreuzenden Diagonalträgern versehen
sein, wobei die Tragstruktur einen oberen und/oder einen
unteren Querträger oder keinen Querträger aufweisen kann.
Die Anordnung der Querträger und Diagonalträger in den
genannten Ausführungsformen ist so gewählt, daß zumindest
die in die Tragstruktur eingeleiteten Crash-Kräfte di
rekt, d. h. ohne Umlenkung, in stabile Bereiche geleitet
werden. So verbindet der obere Querträger der Ausfüh
rungsformen der Fig. 12, 14, 15, 16 den oberen Schar
nierbereich 12 mit dem Schloßbereich 13. In den Ausfüh
rungsformen der Fig. 13 und 15 erfolgt eine Kraftein
leitung über den Diagonalträger 50 in einen Knoten 51,
der sich an dem stabilen Karosserieknoten abstützt, der
durch den Schweller und den B-Säulenfuß gebildet ist. Zur
Einleitung der Kräfte in diesen Knotenbereich ist bei den
Ausführungsformen der Fig. 13, 14, 15 und 16 ein un
terer Querträger 52 vorgesehen, der sich am unteren Ende
des Türkörpers 2 zwischen dem unteren Scharnier 11 und
dem dazu gegenüberliegenden Knoten 51 erstreckt.
Die Fig. 17 bis 23 zeigen Querschnittsansichten des
Fensterrahmens 3, der Tragstruktur 4 und der Außenhaut 8.
Die in den Fig. 17 bis 21 gezeigten Querschnitte zei
gen geschlossene Hohlprofile, die aus zwei Schalen 5, 6
bei der Tragstruktur 4 und aus Schalen 53 und 54 bei dem
Fensterrahmen 3 bestehen. Dabei ist eine Schale 5, 53 im
wesentlichen zum Fahrzeuginnenraum 27 ausgerichtet, wäh
rend die andere Schale 6, 54 nach außen zeigt. Die je
weils zueinander gehörenden Schalen 5, 6; 53, 54 weisen
in der Regel umlaufende Fügeflansche 55, 56 und 57, 58
auf. An dem nach außen zeigenden Fügeflansch 58 des Fen
sterrahmens 3 kann in der Schließstellung ein Seiten
fenster 59 anliegen. Entsprechend den Ausführungsformen
der Fig. 5 und 6 oder der Fig. 7 liegt das Seitenfen
ster 59 an der Außenschale 6 oder an der Innenschale 5 an
bzw. ist zu diesen Schalen benachbart angeordnet. Die
Schalen weisen unterschiedliche Querschnittsformen auf,
die von einer Plattenform über eine L-Form und U- oder V-
Form zu einer Hutprofil-Form reichen.
Die in den Fig. 19a und 19b gezeigten Querschnittsfor
men betreffen den in der Fig. 1 gezeigten oberen Querträ
ger 9. An diesem Beispiel ist gezeigt, daß durch eine ge
eignete Änderung der in der Fig. 19a gezeigten Profilform
mit einem relativ hohen Umformgrad die in der Fig. 19b
gezeigte, gleichwertige Profilform erreichbar ist, die
einen wesentlich geringeren Umformgrad aufweist. Ein ge
ringer Umformgrad ist günstig für die Belastbarkeit ins
besondere an den Verbindungsstellen in den Knotenberei
chen, wie dies beispielsweise an der Verbindungsstelle
des oberen Querträgers 9 mit dem Diagonalträger 14 im
Schloßbereich 13 der Fall ist. Ferner können durch die
schräg verlaufenden Seitenwände 60 und 61 in bezug auf
die im wesentlichen senkrecht verlaufende Wand 62 größere
Radien vorgesehen sein, so daß eine günstige Kraftweiter
leitung in der Schale sichergestellt ist. Bei der in der
Fig. 19b gezeigten Bauweise kann sich die Bauhöhe der zur
Herstellung erforderlichen Fertigungsvorrichtung erheb
lich verringern.
Die Fig. 20 und 21 zeigen zum einen eine Schnittan
sicht des Diagonalträgers 14 im Schloßbereich 13, aus der
hervorgeht, daß der Diagonalträger 14 zum Fahrzeuginnen
raum 27 hin angeordnet ist und zum anderen, daß der Dia
gonalträger 14 ein rechteckiges Hohlprofil besitzt, das
aus zwei L-förmigen Schalen 5, 6 zusammengesetzt ist.
Die Verbindung der in der Fig. 22 gezeigten, nach außen
hin offenen Halbschale 7 mit der Außenhaut 8 erfolgt bei
spielsweise über jeweils einen an der Halbschale 7 und
einen an der Außenhaut 8 ausgebildeten Flansch 63, 64. Um
eine bessere Zugänglichkeit an die Türaggregate und um
eine einfache Austauschbarkeit der Außenhaut 8 in einem
Reparaturfall zu ermöglichen, ist die Verbindung zwischen
der Außenhaut 8 mit der Halbschale 7 und der Tragstruktur
4 lösbar ausgebildet. Diese Verbindungen können form
schlüssig über Nieten, Schrauben, Klipse usw. erfolgen.
Gegebenenfalls sind auch reibschlüssige Verbindungen mög
lich.
Die Fig. 24 und 25 zeigen bevorzugte Ausführungsformen
von Laminataufbauten 68, 69, wobei die Winkelangaben die
jeweilige Faserorientierung zur Bauteillängsrichtung an
geben. So weist der Laminataufbau 68 der Fig. 24 einen
hohen Anteil an endlos verlaufenden Längsfasern 65 auf.
An den gegenüberliegenden Außenflächen 66, 67 sind je
weils Laminate angeordnet, bei denen die Faserorientie
rung in einem Winkel von +/-15° zur Längsrichtung ver
laufen. Mit diesen sich kreuzenden Faserrichtungen ergibt
sich eine erhöhte Quer- und Schubsteifigkeit und
-festigkeit. Dieser Lagenaufbau 68 wird vorzugsweise für
den Fensterrahmen 3 sowie die Tragstruktur 22 des Türkör
pers 21 eingesetzt.
Der in der Fig. 25 gezeigte Lagenaufbau 69 besteht im we
sentlichen aus Laminaten mit sich kreuzenden Faserorien
tierungen, wobei der Winkel der Fasern zur Bau
teillängsrichtung 45° beträgt. Der in der Fig. 25 ge
zeigte Lagenaufbau 69 ist vor allem für den Einsatz bei
einer Torsions- und Schubbelastung geeignet, wie dies bei
der Tragstruktur 4 der Fall ist.
Weitere Winkel für die Faserorientierungen der Laminate,
die sich als günstig erwiesen haben, sind die Winkel
+/-30° und +/-60°. Die Tragfähigkeit des Laminates ist
auch durch die Dicke des Laminates variierbar. Als gün
stig hat sich eine Wandstärke von 2 bis 3 mm erwiesen.
Entsprechend dem in den einzelnen Bauteilkomponenten auf
tretenden dominanten Kraftfluß wird ein bela
stungsgerechter Laminataufbau durch eine entsprechende
Bauteilgeometrie und Querschnittsgestaltung sowie eine
geeignete Anzahl der verwendeten Schichten und Ausrich
tungen der Faserorientierungen erreicht. Vorzugsweise be
trägt der Faservolumenanteil 50 bis 60%. Als Faserver
bundwerkstoffe sind faserverstärkte Duroplaste und endlos
glasfaserverstärkte Thermoplaste einsetzbar.
Die Herstellung erfolgt für faserverstärkte Duroplaste im
Prepregablege- und Autoklav-Verfahren, in einem
SMC-Verfahren oder in einem Harzinjektionsverfahren wie
beispielsweise RIM oder RTM. Die Herstellung der Halb
schalen aus Thermoplasten erfolgt durch Thermoumformen
von vorkonfektionierten Halbzeugen.
Die Fig. 26 bis 31 zeigen die Herstellungsschritte zur
Fertigstellung einer Scharnieranbindung 38. Die Schar
nieranbindung 38 besteht aus einem plattenförmigen Endab
schnitt 71 der Außenschale 6. Der Endabschnitt 71 weist
eine Lasche 72 auf, die beim Umformgang entsprechend der
Form eines Scharniereinsatzes 75 gebogen wird, wie dies
in der Fig. 31 gezeigt ist. Die Ränder 73 und 74 des
Endabschnittes 71 dienen als Fügeflansche zur Verbindung
mit dem in den Fig. 27 und 30 gezeigten Endabschnitt
76 der Halbschale 5. Die in den Fig. 26 und 27 gezeig
ten Fügeflansche entsprechen den in den Fig. 19 bis 21
gezeigten Fügeflanschen 55 und 56. Ferner weist der
Endabschnitt 76 eine bereits in seine Endform gebogene
Lasche 77 zur Aufnahme des Metalleinsatzes 75 auf.
Die Fig. 28 und 29 zeigen den Metalleinsatz 75 in ver
schiedenen Ansichten. Der Metalleinsatz 75 weist einen
stufenförmigen Absatz 78 auf sowie zwei gegenüberliegende
Anlageflächen 79 und 80. Ferner ist eine Durchgangsöff
nung 93 zur Aufnahme eines nicht abgebildeten Scharnier
bolzens in dem Metalleinsatz 75 vorgesehen. In einer an
deren Ausführungsform kann der Bolzen bereits am Me
talleinsatz 75 integriert sein. In dem Bereich zwischen
der Anlagefläche 79 und dem Absatz 78 liegt die Lasche 77
der Halbschale 5 an, die mit ihrer Stirnseite 81 an dem
Absatz 78 endet, wie dies in der Fig. 30 gezeigt ist.
Über die Fläche des Metalleinsatzes 75 zwischen der Anla
gefläche 80 und dem Absatz 78 erstreckt sich die Lasche
72 so, daß sich die beiden Enden 82 und 83 der Laschen 72
und 77 überlappen. Eine Rückseite 84 des Metalleinsatzes
75 stützt sich an den Seitenwänden 85 und 86 der Schale 5
ab.
Zur Erhöhung der übertragbaren Kräfte ist ein guter Form
schluß zwischen dem Metalleinsatz 75 und der durch die
miteinander verbundenen Laschen 72 und 77 gebildeten
Schlaufe 87 erforderlich. Dies wird dadurch erreicht, daß
der Metalleinsatz 75 zunächst in die umgeformte Lasche 77
gepreßt wird. Danach wird die Lasche 72 über den Me
talleinsatz 75 geschoben. Anschließend erfolgt eine Ver
schweißung der beiden Laschen 72 und 77 unter Druck in
dem Überlappungsbereich 88.
Zusätzlich können an der Außenfläche 92 oder nur an der
Vorderseite 89 des Metalleinsatzes 75 Vertiefungen 90 in
Form von Rillen, Rändelungen oder Kerben vorgesehen sein,
die eine höhere Kraftübertragung bewirken. Eine weitere
Steigerung der übertragbaren Kräfte kann dadurch erreicht
werden, daß zwischen dem Metalleinsatz 75 und der Innen
fläche 91 der Schlaufe 87 ein Kleber oder eine Folie ein
gebracht wird. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, eine
Folie aus dem Matrixmaterial zwischen der Innenfläche 91
der Schlaufe 87 und der Außenfläche 92 des Einsatzes 75
zu bringen. Der Kleber oder die Folie schmilzt beim
Schweißvorgang und verläuft in den Vertiefungen 90. Auf
diese Weise findet eine Verkrallung und damit ein erhöh
ter Formschluß zwischen der Schlaufe 87 und dem Me
talleinsatz 75 statt. Aus Gewichtsgründen ist der Me
talleinsatz 75 vorzugsweise ein Leichtmetall. Dieses
Leichtmetall kann vorteilhafterweise ein Strangprofil
sein.
Claims (29)
1. Tür für einen Kraftwagen, mit einem Türkörper und
ggf. einem Fensterrahmen,
dadurch gekennzeichnet, daß der Türkörper (2, 21)
und der Fensterrahmen (3) in Schalenbauweise aus
einem Faserverbundwerkstoff hergestellt sind, daß
der Türkörper (2, 21) eine Tragstruktur (4, 22, 43
bis 49) mit in etwa waagrecht und/oder schräg ver laufenden Querträgern (9, 14, 24, 26, 37, 50, 52) aufweist und daß die Tragstruktur (4, 22, 43 bis 49) und der Fensterrahmen (3) einstückig aus einer In nenschale (5, 53) und einer Außenschale (6, 54) be stehen, die zu einem Hohlprofil zusammengesetzt sind.
bis 49) mit in etwa waagrecht und/oder schräg ver laufenden Querträgern (9, 14, 24, 26, 37, 50, 52) aufweist und daß die Tragstruktur (4, 22, 43 bis 49) und der Fensterrahmen (3) einstückig aus einer In nenschale (5, 53) und einer Außenschale (6, 54) be stehen, die zu einem Hohlprofil zusammengesetzt sind.
2. Tür nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Faserverbundwerkstoff aus faserverstärkten Duropla
sten oder aus glasfaserverstärkten Thermoplasten be
steht.
3. Tür nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Faserverbundwerkstoff eine Lami
natkonstruktion mit endlos verlaufenden Verstär
kungsfasern ist und daß die Verstärkungsfasern ent
sprechend der Bauteilbeanspruchung kraftflußgerecht
orientiert sind.
4. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstär
kungsfasern bei einer hohen Zug- und/oder Biegebela
stung einen hohen Anteil an Fasern aufweisen, die
mit einem Winkel von 0° zur Bauteil-Längsrichtung
verlaufen und daß die Verstärkungsfasern bei einem
Bauteil mit einer hohen Torsionsbelastung schräg zur
Bauteil-Längsrichtung verlaufen, wobei sich überein
anderliegende Verstärkungsfasern kreuzen und daß der
bevorzugte Winkel +/-45° zur Bauteil-Längsrichtung
beträgt.
5. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke
zwischen 2 und 3 mm liegt und daß der Faservolumen
anteil 50 bis 60% beträgt.
6. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragstruk
tur (4, 22, 43 bis 49) im Türkörper (2, 21) entweder
zum Fahrzeuginnenraum (27) oder nach außen hin ange
ordnet ist.
7. Tür nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei
einer innenliegenden Tragstruktur (4, 22, 43 bis 49)
eine Außenhaut (8) mit einem minimalem Abstand zur
Tragstruktur (4, 22, 43 bis 49) angeordnet ist.
8. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Quer
träger (9, 24) zwischen einem oberen Scharnier (12)
und einem Schloßbereich (13) ausgebildet ist.
9. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein schräg ver
laufender Querträger (14, 26) zwischen einem unteren
Scharnier (11) und dem Schloßbereich (13) ausgebil
det ist.
10. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein diagonal
verlaufender Querträger (50) das obere Scharnier
(12) mit einem unteren Knoten (51) verbindet, der
benachbart zu dem durch die B-Säule und dem Schwel
ler gebildeten Knoten liegt.
11. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Querträger
(52) das untere Scharnier (11) mit dem Knoten (51)
verbindet.
12. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die diago
nal verlaufenden Querträger (14, 26; 50) kreuzen.
13. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragstruk
tur einen dreieckförmigen oder einen viereckförmigen
Rahmen bildet.
14. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Knoten (11,
12, 13, 33, 51) mit einer Verstärkung versehen sind.
15. Tür nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Verstärkung eine Vollrippe (30, 31, 32) und/oder
eine Halbrippe (42) und/oder ein Hohlprofil und/oder
eine partielle Erhöhung (39) der Wanddicke im Kno
tenbereich und/oder ein Schaumteil (40) ist.
16. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung
aus dem gleichen oder einem gleichartigen Werkstoff
wie der Halbschalenwerkstoff ist.
17. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkung
ein Halbschalen-Recyclat einsetzbar ist.
18. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten
Halbschalen (5, 6′, 41, 53, 54) einen im wesentli
chen U-förmigen oder abgewinkelten Querschnitt auf
weisen oder als Platte (6) ausgebildet sind und daß
an den Schalen (5, 6, 41, 53, 54) Fügeflansche (55,
56; 57, 58) vorgesehen sind.
19. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände
(94, 95; 60, 61) der Halbschalen (5, 6; 53, 54) ent
weder senkrecht oder schräg verlaufen.
20. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fügeflansch
(58) als Anlagefläche für ein Seitenfenster dient.
21. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unter
seite der Tragstruktur (4, 22) eine nach außen hin
offene Schale (7, 23) integriert oder befestigt ist.
22. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Außenhaut
(8) lösbar an der Tragstruktur (4, 22, 43 bis 49)
und der Halbschale (7, 23) befestigt ist.
23. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schar
nieranbindung (38) aus einer durch Faserverbundwerk
stoffe gebildeten Schlaufe (87) und einem in dieser
Schlaufe (87) gehalterten Metalleinsatz (75) be
steht.
24. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlaufe
(87) durch zwei sich überlappende Laschen (72, 77)
gebildet ist, wobei die Laschen (72, 77) an Schalen
(5, 6) angeformt sind.
25. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Überlap
pungsbereich (88) am Metalleinsatz (75) ein Absatz
(78) oder dergleichen zur Erhöhung der Kraftübertra
gung ausgebildet ist.
26. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Me
talleinsatz (75) zur formschlüssigen Verbindung mit
dem Faserwerkstoff der Schlaufe (87) Vertiefungen,
insbesondere Kerben, Rillen oder Rändelungen vorge
sehen sind.
27. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallein
satz mindestens eine Anlagefläche (79, 80) für eine
lagegerechte Positionierung der Schlaufe (87) auf
weist.
28. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der
Innenfläche (91) der Schlaufe (87) und dem Me
talleinsatz ein duroplastischer Klebstoff oder ein
Schmelzkleber in Folienform eingebracht ist.
29. Tür nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallein
satz (75) ein Leichtmetall ist und daß der Me
talleinsatz (75) ein Strangpreßprofil oder ein
Stranggußteil ist.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
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