DE4407731A1

DE4407731A1 - Tür für einen Kraftwagen

Info

Publication number: DE4407731A1
Application number: DE19944407731
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dr Mehn; Reinhard Peis
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1994-03-08
Filing date: 1994-03-08
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2014-03-09
Also published as: DE4407731C2

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

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.

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.