EP2867096A1 - Trägerelement und energieabsorptionselement in hybridbauweise für einen kraftwagen - Google Patents

Trägerelement und energieabsorptionselement in hybridbauweise für einen kraftwagen

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Publication number
EP2867096A1
EP2867096A1 EP13711566.3A EP13711566A EP2867096A1 EP 2867096 A1 EP2867096 A1 EP 2867096A1 EP 13711566 A EP13711566 A EP 13711566A EP 2867096 A1 EP2867096 A1 EP 2867096A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plastic
metal
carrier
hollow chamber
metal element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13711566.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Konrad Eipper
Ozan Singar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2867096A1 publication Critical patent/EP2867096A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D21/00—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted
    • B62D21/15—Understructures, i.e. chassis frame on which a vehicle body may be mounted having impact absorbing means, e.g. a frame designed to permanently or temporarily change shape or dimension upon impact with another body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/001—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/001—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material
    • B62D29/005—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material preformed metal and synthetic material elements being joined together, e.g. by adhesives

Definitions

  • Carrier element and energy absorption element are Carrier element and energy absorption element
  • the invention relates to a carrier element in hybrid construction for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an energy absorbing element in hybrid construction for a motor vehicle, according to the preamble of claim 9.
  • Hybrid construction of components for mass production of passenger cars consisting of a metal element and a plastic element, are in a variety of
  • a carrier element in hybrid construction for example, already from the
  • An outer support element of sheet metal is on the inside by a, comprising a plurality of ribs reinforcing structure
  • Plastic stiffened A similar design can also be found in DE 20 2010 002 099 U1.
  • DE 10 2004 049 396 A1 discloses a carrier which has a main body and an inner plastic lining, which is formed by a plastic film channel arranged in the cavity of the main body. In the covering area with the base body, the plastic lining rests against the base body over the entire surface area.
  • Object of the present invention is to provide a support member or an energy absorbing element of the type mentioned, which is formed weight and space favorable and also has an advantageous deformation behavior in an accidental loading.
  • Plastic element formed in a predominant surface area of the support element adjacent to each other and in at least one surface area of the
  • Carrier element are spaced apart to form a hollow chamber.
  • the metal element which is in particular a deformed metal sheet, is stowed space-saving and weight-favorable by the large-area applied to him plastic element.
  • a metal element a thin-walled steel sheet, which is formed for example of high-strength steel or spring steel, can be used, which is reinforced by the plastic element.
  • the plastic element is preferably formed as a plastic layer and / or plastic film, which in particular has an at least substantially uniform layer thickness.
  • the carrier element has a high
  • a further advantageous embodiment provides that the plastic element is formed from a fiber-reinforced plastic.
  • a plastic By such a plastic, a very lightweight and very stable and rigid plastic element is created.
  • Plastic element is matched to the voltage applied to the metal element surface area and the at least one, the hollow chamber forming surface area of the support element.
  • Fiber layers of fiber reinforcement for example, in the direction and number of loads occurring in an accidental application of force are adjusted.
  • a more stable fiber reinforcement is provided in that surface region in which the hollow chamber is formed than in the predominant surface region in which the metal element and the plastic element rest against one another.
  • Cross member - in particular as a bending cross member - the motor vehicle can be used.
  • longitudinal beam elements and / or cross member elements are used to accommodate and / or to dissipate accidental loads to protect the passenger compartment and thus vehicle occupants.
  • the advantages of both materials of the metal element and the plastic element come into play, whereby an advantageous ductility and the plastic element ensures a high rigidity of the support element by the metal element.
  • the metal element can be formed with a small material thickness, whereby a sufficient reinforcement or stiffening is ensured by the plastic element.
  • the support member provides a further embodiment that the hollow chamber at least partially by a Plastic is filled.
  • Carrier element can be adjusted as needed.
  • the plastic with which the hollow chamber is at least partially filled, it is preferably a foam element.
  • the hollow chamber is at least partially filled with foam due to the weight of the plastic.
  • the carrier element is further distinguished by the fact that the
  • Plastic element extends over the at least approximately entire support element, whereby the metal element is stiffened particularly large area.
  • a further embodiment provides that at least one cable, channel or the like conduit is laid in the hollow chamber.
  • the hollow chamber is used on the one hand for stiffening and on the other for concealed receiving a corresponding line, for example for a sensor.
  • the metal element and the plastic element formed in a surface region of the energy absorbing element adjacent to each other and in at least one surface area of the
  • Energy absorption element to form a hollow chamber are spaced apart.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a carrier element in FIG.
  • Hybrid construction in the form of a bender cross member for a passenger car is a schematic cross-sectional view of a carrier element in FIG
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a carrier element in FIG.
  • Hybrid construction in the form of a cross member for a passenger car and
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a hybrid energy absorbing element for a passenger car.
  • a carrier element in the form of a bending cross member 10 is shown for a passenger car in a schematic cross-sectional view.
  • the bending cross member 10 is designed in a hybrid construction and comprises a metallic material formed from a metal element 12 and a connected thereto plastic element 14.
  • the bending cross member 10 is associated with, for example, a bumper of the passenger car and extends in the assembled state, at least substantially in the vehicle transverse direction.
  • the bending cross member 10 is used in particular to take in an accidental force application - for example due to a frontal impact - to absorb accidental loads and in the vehicle longitudinal direction behind arranged structural components such as side members of the passenger car derive or distribute.
  • the metal element 12 is arranged on the outside in the vehicle longitudinal direction and provided by a thin-walled metal sheet, in particular made of steel or spring steel.
  • an open hollow cross section is formed by the metal element 12, in which the plastic element 14 is arranged.
  • Plastic layer or plastic support is formed with at least substantially constant layer thickness, serves in particular for stiffening the thin-walled metal element 12.
  • the plastic element 14 extends over the at least approximately the entire height and width of the metal element 12, so that this in the
  • the metal element 12 and the plastic element 14 are formed in a predominant area of the bending cross member 10 adjacent to each other.
  • the predominant surface area is presently formed by three surface subregions 16, 18, 20. At least in a part of these surface portions 16, 18, 20, the connection of the metal element 12 takes place with the plastic element 14.
  • Connection can be realized, for example, by gluing or by direct application of the plastic element 14 to the metal element 12.
  • the metal element 12 is reinforced by the adjacent plastic elements 14 and has, for example, a very high buckling stiffness. As a result, a particularly rigid composite of the metal element 12 and the plastic element 14 is created.
  • Plastic element 14 with formation of respective hollow chambers 26, 28 spaced from each other. Relative to the vehicle vertical direction, the hollow chamber 26 is formed in an upper corner region 30 and the hollow chamber 28 in a lower corner region 32 of the bending cross member 10. In a vehicle vertical direction between the
  • Corner regions 30, 32 arranged central region 34 is the plastic element 14 in the surface portion 18 on the metal element 12 at.
  • box profiles or profile elements are formed with a circumferentially closed cross-section, which extend at least substantially in the vehicle transverse direction and a very high rigidity of the bending cross member 10 in particular in the other surface areas 22, 24
  • the hollow chamber 26 and the hollow chamber 28 are in
  • the hollow chambers 26, 28 are in the present case by a foam 35, 37, at least partially filled, for example, to adjust the strength or stiffness and thereby adjust the deformation behavior of the bending cross member 10 as needed.
  • the hollow chamber 26 and / or 28 may also have a dual function, not only to stiffen or reinforce the Biegequerlys 10, but also be used as receiving spaces for at least one component of the passenger car.
  • a component may, for example, be a line not shown in FIG.
  • Such a line can for example be used to a distance sensor, which like the bending cross member 10 in a
  • Front end of the passenger car is arranged, with a
  • cables, channels or similar lines can be arranged to save space and hidden in the hollow chambers 26, 28.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a further embodiment of a carrier element in the form of a longitudinal carrier element 36 in hybrid construction for a passenger car.
  • the longitudinal support element 36 comprises two respective metal elements 12, 12 'formed of a metallic material, which respective ones
  • the side member 36 is formed in shell construction, in which the metal elements 12, 12 'via respective connecting flanges 38, 40 are interconnected.
  • the metal elements 12, 12 ' have a respective, open hollow cross-section, in which a respective plastic element 14, 14' is predominantly arranged.
  • a respective plastic element 14, 14' is predominantly arranged.
  • Metal elements 12, 12 'of the side member 36 transferable.
  • the described to the plastic element 14 of the bending cross member 10 is readily transferable to the plastic elements 14, 14 'of the longitudinal support member 36.
  • the respective metal elements 12, 12 'and the respective plastic elements 14, 14' are formed adjacent to one another in a predominant surface area of the side member 36. In the present case, this predominant surface area is composed of surface subregions 16, 18, 20, 46, 48, 50, 52, 53, 54 and 57.
  • Hollow chambers 26, 58 are arranged in a central region. As with the cross member 10, the thin-walled metal elements 12, 12 'are stiffened and reinforced by the plastic elements 14, 14'. Through the hollow chambers 26, 28, 60 respective, in the longitudinal direction of the longitudinal support member 36 extending profile parts are formed, which lead to a particularly high rigidity of the side member 36. In the installed position, the side member 36 extends at least substantially in the vehicle longitudinal direction, so that the profile parts formed by the hollow chambers 26, 28, 58, 60 extend in the vehicle longitudinal direction. The hollow chambers 26, 28, 58, 60 are present completely filled with a respective plastic 35, 37, 39, 41.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of a carrier element in the form of a
  • Cross member element 70 for a passenger car the present at a
  • the cross member 70 may be, for example, a seat cross member. Also, the cross member 70 is in hybrid construction
  • the plastic element 14 and the metal element 12 are in a predominant
  • the plastic elements 14, 14 ' are preferably provided with a fiber reinforcement, which is not visible in the figures, which is adapted in a fiber layer to the respective loads. So it is conceivable, for example, in the spaced surface areas 22, 24, 56, 59 use a larger number of fibers than in the surface portions 16, 18, 20, 46, 48, 50, 52, 53, 54, 57, in which the
  • Plastic element 14 or 14 ' forms the sandwich-like, adjacent composite with the metal element 12 or 12' or with the metal element 68, 68 '.
  • fibers of carbon or carbon, glass or aramid are used as fibers.
  • the plastic of the plastic elements 14, 14 ' serves as a matrix, in which the fibers of the fiber reinforcement are at least partially embedded.
  • Fig. 4 shows an energy absorption element 66, to which the described
  • the energy absorption element 66 comprises two respective metal elements 68, 68 'and respective plastic elements 14, 14', which are formed in a preferably predominant surface area of the energy absorption element 66 adjacent to each other. This predominant surface area is formed by partial surface areas 16, 18, 20, 46, 48, 50, 52, 53.
  • the metal elements 68, 68 ' can be designed with only a small material thickness and thus with low weight and are reinforced by the plastic elements 14, 14'.
  • the metal elements 68, 68 'provided with the plastic elements 14, 14' are connected to one another via respective connecting flanges 38, 40.
  • the metal elements 68, 68 ' are again spaced from each other by forming respective hollow chambers 26, 28, 58, 60, which can be completely filled with a respective plastic.
  • the energy absorption element 66 extends at least substantially in the vehicle longitudinal direction and in particular serves to convert impact energy into deformation energy under deformation.
  • the bending cross member 10 via two in
  • Vehicle transverse direction spaced apart energy absorption elements 66 may be connected to respective side member members 36.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Trägerelement in Hybridbauweise für einen Kraftwagen, mit wenigstens einem Metallelement (12), welches mit einem Kunststoffelement (14) verbunden ist, wobei das Metallelement (12') und das Kunststoffelement (14) in einem überwiegenden Flächenbereich (16, 18, 20) des Trägerelements aneinander anliegend ausgebildet und in wenigstens einem Flächenbereich (22, 24) des Trägerelements unter Ausbildung einer Hohlkammer (26, 28) voneinander beabstandet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Energieabsorptionselement (66) in Hybridbauweise für einen Kraftwagen, mit wenigstens einem Metallelement (68, 68), welches mit einem Kunststoffelement (14, 14') verbunden ist, wobei das Metallelement (68, 68') und das Kunststoffelement (14, 14') in einem Flächenbereich (16, 18, 20, 46, 48, 50, 52, 53) des Energieabsorptionselements (66) aneinander anliegend ausgebildet und in wenigstens einem Flächenbereich (22, 24, 56, 59) des Energieabsorptionselements (66) unter Ausbildung einer Hohlkammer (26, 28, 58, 60) voneinander beabstandet sind.

Description

Trägerelement und Energieabsorptionselement
in Hybridbauweise für einen Kraftwagen
Die Erfindung betrifft ein Trägerelement in Hybridbauweise für einen Kraftwagen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung ein Energieabsorptionselement in Hybridbauweise für einen Kraftwagen, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9.
Hybridbauweisen von Bauteilen für den Serienbau von Personenkraftwagen, bestehend aus einem Metallelement und einem Kunststoffelement, sind in einer Vielzahl von
Ausführungen bekannt. Zunächst wird dadurch eine Reduzierung des Gewichts des jeweiligen Bauteils mit den damit verbundenen Einsparungen im Hinblick auf den
Kraftstoffverbrauch erreicht. In Bezug auf Trägerelemente für den Aufbau des jeweiligen Kraftwagens können außerdem die Vorzüge beider Werkstoffe des Metallelements und des Kunststoffelements genutzt werden.
Ein Trägerelement in Hybridbauweise ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2009 042 272 A1 bekannt. Ein äußeres Trägerelement aus Metallblech ist dabei innenseitig durch eine, eine Mehrzahl von Rippen umfassende Verstärkungsstruktur aus
Kunststoff ausgesteift. Eine ähnliche Gestaltung ist auch der DE 20 2010 002 099 U1 zu entnehmen.
Aus der DE 10 2004 049 396 A1 ist des Weiteren ein Träger bekannt, welcher einen Grundkörper und eine innen liegende Kunststoffauskleidung aufweist, welche durch einen im Hohlraum des Grundkörpers angeordneten Folienkanal aus Kunststoff gebildet ist. Im Überdeckungsbereich mit dem Grundkörper liegt die Kunststoffauskleidung über den ganzen Flächenbereich an dem Grundkörper an.
Des Weiteren ist es bekannt, Energieabsorptionselemente zum Abbau von
unfallbedingten Kräften bei Kraftwagen in derartigen Hybridbauweisen zu gestalten. Als Beispiel hierfür sei die DE 197 17 473 B4 genannt, bei welcher innerhalb eines rohrförmigen Metallelements ein ebenfalls rohrförmiges Kunststoffelement angeordnet ist. Im gegenseitigen Überdeckungsbereich liegt das rohrförmige Kunststoffelement mit seinem Außenumfang durchgängig am Innenumfang des rohrförmigen Metallelements an.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Trägerelement beziehungsweise ein Energieabsorptionselement der eingangs genannten Art zu schaffen, welches gewichts- und bauraumgünstig ausgebildet ist sowie bei einer unfallbedingten Beaufschlagung ein vorteilhaftes Verformungsverhalten aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Trägerelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Energieabsorptionselement mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um ein Trägerelement der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welches einerseits besonders gewichts- und bauraumgünstig ausgebildet ist und andererseits bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung ein besonders vorteilhaftes Verformungsverhalten aufweist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Metallelement und das
Kunststoffelement in einem überwiegenden Flächenbereich des Trägerelements aneinander anliegend ausgebildet und in wenigstens einem Flächenbereich des
Trägerelements unter Ausbildung einer Hohlkammer voneinander beabstandet sind.
Das Metallelement, welches insbesondere ein umgeformtes Metallblech ist, wird durch das an ihm großflächig anliegende Kunststoffelement bauraum- und gewichtsgünstig ausgesteift. Somit kann als Metallelement ein dünnwandiges Stahlblech, welches beispielsweise aus hochfestem Stahl oder aus Federstahl gebildet ist, verwendet werden, welches durch das Kunststoffelement verstärkt ist. Das Kunststoffelement ist dabei vorzugsweise als Kunststoffschicht und/oder Kunststofffolie ausgebildet, welche insbesondere eine zumindest im Wesentlichen einheitliche Schichtdicke aufweist. Durch die Verwendung des Metallelements weist das Trägerelement ein hohes
Energieaufnahmevermögen bei einem Unfall sowie ein duktiles Verhalten auf.
In demjenigen Flächenbereich, in welchem das Kunststoffelement und das Metallelement hohlprofilartig voneinander beabstandet sind, ist eine Art Kastenprofil geschaffen, wodurch der Verbund aus dem Kunststoffelement und dem Metallelement eine besonders hohe Struktursteifigkeit aufweist. Somit kann das Trägerelement unfallbedingte Kräfte sehr gut an anderweitige Strukturbauteile weiterleiten bzw. für eine entsprechende Lastverteilung sorgen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich zur Realisierung eines nur sehr geringen Gewichts als vorteilhaft gezeigt, wenn das Metallelement als dünnwandiges Metallblech, insbesondere als dünnwandiges Stahlblech ausgestaltet ist. Hierdurch kann auch eine günstig lackierbare Außenseite des Trägerelements dargestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Kunststoffelement aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Durch einen derartigen Kunststoff ist ein sehr leichtes und besonders stabiles und steifes Kunststoffelement geschaffen.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass eine Faserverstärkung des
Kunststoffelements auf den an dem Metallelement anliegenden Flächenbereich und den wenigstens einen, die Hohlkammer bildenden Flächenbereich des Trägerelements abgestimmt ist. Eine derartige Abstimmung kann insbesondere vorsehen, dass
Faserlagen der Faserverstärkung beispielsweise in Richtung und Anzahl an bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung auftretenden Belastungen angepasst sind. So ist es beispielsweise denkbar, dass in demjenigen Flächenbereich, in dem die Hohlkammer gebildet ist, eine stabilere Faserverstärkung vorgesehen wird als im überwiegenden Flächenbereich, in welchem das Metallelement und das Kunststoffelement aneinander anliegen. Beispielsweise ist es auch möglich, im Flächenbereich der Hohlkammer mehr Fasern vorzusehen als im überwiegenden Flächenbereich des Trägerelements.
Das Trägerelement kann besonders vorteilhaft als Längsträgerelement oder als
Querträgerelement - insbesondere als Biegequerträger - des Kraftwagens verwendet werden. Gerade derartige Längsträgerelemente und/oder Querträgerelemente dienen zur Aufnahme und/oder zum Ableiten von unfallbedingten Lasten, um die Fahrgastzelle und somit Fahrzeuginsassen zu schützen. Hierbei kommen die Vorteile beider Werkstoffe des Metallelements und des Kunststoffelements zum Tragen, wobei durch das Metallelement eine vorteilhafte Duktilität und durch das Kunststoffelement eine hohe Steifigkeit des Trägerelements gewährleistet ist. Ferner kann das Metallelement mit einer geringen Materialdicke ausgebildet werden, wobei durch das Kunststoffelement eine hinreichende Verstärkung bzw. Aussteifung gewährleistet ist.
Um eine besonders hohe Festigkeit und Steifigkeit des Trägerelements zu schaffen, sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass die Hohlkammer zumindest teilweise durch einen Kunststoff ausgefüllt ist. Dadurch kann auch das Verformungsverhalten des
Trägerelements bedarfsgerecht eingestellt werden. Bei dem Kunststoff, mit welchem die Hohlkammer zumindest teilweise ausgefüllt ist, handelt es sich vorzugsweise um ein Schaumelement. Mit anderen Worten ist die Hohlkammer durch den Kunststoff gewichtsgünstig zumindest teilweise ausgeschäumt.
Das Trägerelement zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass sich das
Kunststoffelement über das zumindest annähernd gesamte Trägerelement erstreckt, wodurch das Metallelement besonders großflächig ausgesteift ist.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass wenigstens ein Kabel, Kanal oder dergleichen Leitung in der Hohlkammer verlegt ist. Dadurch ist ein besonders hoher Integrationsgrad geschaffen, wobei die Hohlkammer zum einen zur Aussteifung und zum anderen zur verborgenen Aufnahme einer entsprechenden Leitung, beispielsweise für einen Sensor, genutzt wird.
Um ein Energieabsorptionselement für einen Kraftwagen zu schaffen, welches besonders gewichts- und bauraumgünstig ausgebildet ist und ein besonders vorteilhaftes
Unfallverhalten aufweist, ist es gemäß Anspruch 9 vorgesehen, dass das Metallelement und das Kunststoffelement in einem Flächenbereich des Energieabsorptionselements aneinander anliegend ausgebildet und in wenigstens einem Flächenbereich des
Energieabsorptionselements unter Ausbildung einer Hohlkammer voneinander beabstandet sind.
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Trägerteil erläuterten
Ausgestaltungen und Vorteile gelten dabei auch für das erfindungsgemäße
Energieabsorptionselement.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Trägerelements in
Hybridbauweise in Form eines Biegequerträgers für einen Personenkraftwagen; Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Trägerelements in
Hybridbauweise in Form eines Längsträgerelements für einen Personenkraftwagen;
Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht eines Trägerelements in
Hybridbauweise in Form eines Querträgerelements für einen Personenkraftwagen und
Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht eines Energieabsorptionselements in Hybridbauweise für einen Personenkraftwagen.
In Fig. 1 ist in einer schematischen Querschnittsansicht ein Trägerelement in Form eines Biegequerträgers 10 für einen Personenkraftwagen dargestellt. Der Biegequerträger 10 ist dabei in Hybridbauweise ausgestaltet und umfasst ein aus einem metallischen Werkstoff gebildetes Metallelement 12 sowie ein mit diesem verbundenes Kunststoffelement 14. Der Biegequerträger 10 ist beispielsweise einem Stoßfänger des Personenkraftwagens zugeordnet und erstreckt sich im montierten Zustand zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung. Der Biegequerträger 10 dient insbesondere dazu, bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung - beispielsweise infolge eines Frontalaufpralls - unfallbedingte Lasten aufzunehmen und in Fahrzeuglängsrichtung dahinter angeordnete Strukturbauteile wie beispielsweise Längsträgerelemente des Personenkraftwagens abzuleiten bzw. zu verteilen.
Das Metallelement 12 ist in Fahrzeuglängsrichtung außenseitig angeordnet und durch ein dünnwandiges Metallblech, insbesondere aus Stahl oder Federstahl, geschaffen.
Alternativ wäre anstelle eines Stahls bzw. einer Stahllegierung natürlich auch eine anderweitige Metalllegierung, beispielsweise eine Aluminiumlegierung, denkbar. Durch das Metallelement 12 ist vorliegend ein offener Hohlquerschnitt gebildet, in welchem das Kunststoffelement 14 angeordnet ist. Das Kunststoffelement 14, welches als
Kunststoffschicht bzw. Kunststoffauflage mit zumindest im Wesentlichen gleich bleibender Schichtdicke ausgebildet ist, dient insbesondere zur Aussteifung des dünnwandigen Metallelements 12. Das Kunststoffelement 14 erstreckt sich dabei über die zumindest annähernd gesamte Höhe und Breite des Metallelements 12, so dass dieses im
Unterschied zu anderen Herstellungsverfahren nicht lediglich partiell, sondern großflächig mit dem Kunststoffelement 14 verbunden und durch dieses ausgesteift und verstärkt ist. Dabei sind das Metallelement 12 und das Kunststoffelement 14 in einem überwiegenden Flächenbereich des Biegequerträgers 10 aneinander anliegend ausgebildet. Der überwiegende Flächenbereich wird vorliegend durch drei Flächenteilbereiche 16, 18, 20 gebildet. Zumindest in einem Teil dieser Flächenteilbereiche 16, 18, 20 erfolgt auch die Verbindung des Metallelements 12 mit dem Kunststoffelement 14. Eine solche
Verbindung kann beispielsweise durch Verkleben oder durch unmittelbares Aufbringen des Kunststoffelements 14 auf das Metallelement 12 realisiert sein.
In den Flächenteilbereichen 16, 18, 20 ist das Metallelement 12 durch das anliegende Kunststoffelemente 14 entsprechend verstärkt und weist beispielsweise eine sehr hohe Beulsteifigkeit auf. Dadurch ist ein besonders steifer Verbund aus dem Metallelement 12 und dem Kunststoffelement 14 geschaffen.
In weiteren Flächenbereichen 22, 24 sind das Metallelement 12 und das
Kunststoffelement 14 unter Ausbildung jeweiliger Hohlkammern 26, 28 voneinander beabstandet. Bezogen auf die Fahrzeughochrichtung ist dabei die Hohlkammer 26 in einem oberen Eckbereich 30 und die Hohlkammer 28 in einem unteren Eckbereich 32 des Biegequerträgers 10 gebildet. In einem in Fahrzeughochrichtung zwischen den
Eckbereichen 30, 32 angeordneten mittleren Bereich 34 liegt das Kunststoffelement 14 im Flächenteilbereich 18 am Metallelement 12 an.
Durch die Beabstandung des Kunststoffelements 14 vom Metallelement 12 in den weiteren Flächenbereichen 26, 28 sind somit Kastenprofile oder Profilelemente mit einem in Umfangsrichtung geschlossenen Querschnitt gebildet, welche sich zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstrecken und eine sehr hohe Steifigkeit des Biegequerträgers 10 insbesondere in den weiteren Flächenbereichen 22, 24
gewährleisten. Die Hohlkammer 26 und die Hohlkammer 28 sind in
Fahrzeuglängsrichtung nach hinten und in Fahrzeughochrichtung nach unten durch das Kunststoffelement 14 begrenzt. In Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und in
Fahrzeughochrichtung nach oben sind die Hohlkammern 26, 28 durch das Metallelement 12 begrenzt. Die Hohlkammern 26, 28 sind vorliegend durch einen Schaumstoff 35, 37, zumindest teilweise ausgefüllt, um beispielsweise die Festigkeit- bzw. Steifigkeit einzustellen und hierdurch das Verformungsverhalten des Biegequerträgers 10 bedarfsgerecht einzustellen. Der Hohlkammer 26 und/oder 28 kann auch eine Doppelfunktion zukommen, und zwar nicht nur zur Aussteifung bzw. Verstärkung des Biegequerträgers 10, sondern auch als Aufnahmeräume für wenigstens eine Komponente des Personenkraftwagens genutzt werden. Bei einer solchen Komponente kann es sich beispielsweise um eine in Fig. 1 nicht dargestellte Leitung handeln. Eine solche Leitung kann beispielsweise dazu genutzt werden, einen Abstandssensor, welcher wie der Biegequerträger 10 in einem
Vorderwagenbereich des Personenkraftwagens angeordnet ist, mit einer
Stromversorgung zu verbinden und/oder mit einem Steuergerät des Personenkraftwagens zu koppeln, so dass das Steuergerät und der Abstandssensor Signale austauschen können. Somit können Kabel, Kanäle oder dergleichen Leitungen platzsparend und verborgen in den Hohlkammern 26, 28 angeordnet werden.
Fig. 2 zeigt in schematischer Querschnittsansicht eine weitere Ausführungsform eines Trägerelements in Form eines Längsträgerelements 36 in Hybridbauweise für einen Personenkraftwagen. Das Längsträgerelement 36 umfasst zwei jeweilige, aus einem metallischen Werkstoff gebildete Metallelemente 12, 12', welche jeweilige
Schalenelemente des Längsträgerelements 36 darstellen. Mit anderen Worten ist das Längsträgerelement 36 in Schalenbauweise ausgebildet, bei der die Metallelemente 12, 12' über jeweilige Verbindungsflansche 38, 40 miteinander verbunden sind.
Die Metallelemente 12, 12', weisen einen jeweiligen, offenen Hohlquerschnitt auf, in dem ein jeweiliges Kunststoffelement 14, 14' überwiegend angeordnet ist. Dabei ist das zum Metallelement 12 des Biegequerträgers 10 Geschilderte ohne weiteres auf die
Metallelemente 12, 12' des Längsträgerelements 36 übertragbar. Ebenso ist das zum Kunststoffelement 14 des Biegequerträgers 10 Geschilderte ohne weiteres auf die Kunststoffelemente 14, 14' des Längsträgerelements 36 übertragbar. Die jeweiligen Metallelemente 12, 12' und die jeweiligen Kunststoffelemente 14, 14' sind in einem überwiegenden Flächenbereich des Längsträgerelements 36 aneinander anliegend ausgebildet. Dieser überwiegende Flächenbereich setzt sich vorliegend zusammen aus Flächenteilbereichen 16, 18, 20, 46, 48, 50, 52, 53, 54 und 57. In weiteren
Flächenbereichen 22, 24, 56 sind die jeweiligen Metallelemente 12, 12' und die jeweils zugehörigen Kunststoffelemente 14, 14' unter Ausbildung jeweiliger Hohlkammern 26, 28, 58, 60, 62 voneinander beabstandet. Die Hohlkammern 28, 60 sind dabei in einem jeweiligen Eckbereich des Längsträgerelements 36 angeordnet, während die
Hohlkammern 26, 58 in einem Mittenbereich angeordnet sind. Wie bei dem Querträgerelement 10 sind die dünnwandigen Metallelemente 12, 12' durch die Kunststoffelemente 14, 14' ausgesteift und verstärkt. Durch die Hohlkammern 26, 28, 60 sind jeweilige, sich in Längserstreckungsrichtung des Längsträgerelements 36 erstreckende Profilteile gebildet, welche zu einer besonders hohen Steifigkeit des Längsträgerelements 36 führen. In Einbaulage erstreckt sich das Längsträgerelement 36 zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung, so dass sich auch die durch die Hohlkammern 26, 28, 58, 60 gebildeten Profilteile in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken. Auch die Hohlkammern 26, 28, 58, 60 sind vorliegend vollständig mit einem jeweiligen Kunststoff 35, 37, 39, 41 ausgefüllt.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Trägerelements in Form eines
Querträgerelements 70 für einen Personenkraftwagen, der vorliegend an einem
Fahrzeugboden 72 des Personenkraftwagens über jeweilige Verbindungsflansche 38, 40 angebunden ist. Bei dem Querträgerelement 70 kann es sich beispielsweise um einen Sitzquerträger handeln. Auch das Querträgerelement 70 ist in Hybridbauweise
ausgebildet und umfasst ein Metallelement 12 sowie ein Kunststoffelement 14. Das Kunststoffelement 14 und das Metallelement 12 sind in einem überwiegenden
Flächenbereich des Querträgerelements 70 aneinander anliegend ausgebildet, wobei sich dieser überwiegende Flächenbereich aus Flächenteilbereichen 16, 18, 20, 46, 48, 50, 52 zusammensetzt. In weiteren Flächenbereichen 22, 24 sind das Metallelement 12 und das Kunststoffelement 14 unter Ausbildung einer jeweiligen Hohlkammer 26, 28 voneinander beabstandet. Die jeweiligen Hohlkammern 26, 28 sind vorliegend vollständig durch einen Kunststoff 35, 37, insbesondere einen Schaumstoff, ausgefüllt.
Die Kunststoffelemente 14, 14' sind dabei vorzugsweise mit einer Faserverstärkung, welche in den Fig. nicht erkennbar ist, versehen, die in einer Faserlage an die jeweiligen Belastungen angepasst ist. So ist es beispielsweise denkbar, in den beabstandeten Flächenbereichen 22, 24, 56, 59 eine größere Anzahl an Fasern einzusetzen als in den Flächenteilbereichen 16, 18, 20, 46, 48, 50, 52, 53, 54, 57, in welchen das
Kunststoffelement 14 bzw. 14' den sandwichartigen, anliegenden Verbund mit dem Metallelement 12 bzw. 12' oder mit dem Metallelement 68, 68' bildet.
Bevorzugter Weise kommen als Fasern solche aus Karbon bzw. Kohlenstoff, Glas oder Aramid zum Einsatz. Der Kunststoff der Kunststoffelemente 14, 14' dient dabei als Matrix, in die die Fasern der Faserverstärkung zumindest teilweise eingebettet sind. Als
Kunststoff wird hierbei beispielsweise ein Duroplast oder Duromer verwendet. Fig. 4 zeigt ein Energieabsorptionselement 66, auf welches die beschriebene
Hybridbauweise angewendet ist. Dabei umfasst das Energieabsorptionselement 66 zwei jeweilige Metallelemente 68, 68' und jeweilige Kunststoffelemente 14, 14', welche in einem vorzugsweise überwiegenden Flächenbereich des Energieabsorptionselements 66 aneinander anliegend ausgebildet sind. Dieser überwiegende Flächenbereich wird dabei durch Teilflächenbereiche 16, 18, 20, 46, 48, 50, 52, 53 gebildet. Dadurch können die Metallelemente 68, 68' mit einer nur geringen Materialdicke und somit gewichtsgünstig ausgestaltet werden und sind durch die Kunststoffelemente 14, 14' verstärkt. Die mit den Kunststoffelementen 14, 14' versehenen Metallelemente 68, 68' sind über jeweilige Verbindungsflansche 38, 40 miteinander verbunden.
In weiteren Flächenbereichen 22, 24, 56, 59 sind die Metallelemente 68, 68' wiederum unter Ausbildung jeweiliger Hohlkammern 26, 28, 58, 60 voneinander beabstandet, welche vollständig mit einem jeweiligen Kunststoff ausgefüllt sein können.
In an der Karosserie des Personenkraftwagens angebundenem Zustand erstreckt sich das Energieabsorptionselement 66 zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung und dient insbesondere dazu, Aufprallenergie unter Verformung in Verformungsenergie umzuwandeln. Dabei kann beispielsweise der Biegequerträger 10 über zwei in
Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Energieabsorptionselemente 66 an jeweiligen Längsträgerelementen 36 angebunden sein.

Claims

Patentansprüche
1. Trägerelement in Hybridbauweise für einen Kraftwagen, mit wenigstens einem Metallelement (12), welches mit einem Kunststoffelement (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Metallelement (12') und das Kunststoffelement (14) in einem überwiegenden Flächenbereich (16, 18, 20) des Trägerelements aneinander anliegend ausgebildet und in wenigstens einem Flächenbereich (22, 24) des Trägerelements unter Ausbildung einer Hohlkammer (26, 28) voneinander beabstandet sind.
2. Trägerelement nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Metallelement (12) als dünnwandiges Stahlblech ausgebildet ist.
3. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kunststoffelement (14) zumindest im Wesentlichen als Kunststoffschicht aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist.
4. Trägerelement nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Faserverstärkung des Kunststoffelements (14) auf den an dem Metallelement (12) anliegenden Flächenbereich (16, 18, 20) und den wenigstens einen die Hohlkammer (26. 28) bildenden Flächenbereich (22, 24) des Trägerelements abgestimmt ist.
5. Trägerelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hohlkammer (26, 28) zumindest teilweise durch Kunststoff (35, 37) ausgefüllt ist.
6. Trägerelement nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hohlkammer (26, 28) durch den Kunststoff (35, 37) zumindest teilweise ausgeschäumt ist.
7. Trägerelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich das Kunststoffelement (14) über das zumindest annähernd gesamte
Metallelement (12) erstreckt.
8. Trägerelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Kabel, Kanal oder dgl. Leitung in der Hohlkammer (26, 28) verlegt ist.
9. Energieabsorptionselement (66) in Hybridbauweise für einen Kraftwagen, mit
wenigstens einem Metallelement (68, 68), welches mit einem Kunststoffelement (14,
14') verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Metallelement (68, 68') und das Kunststoffelement (14, 14') in einem
Flächenbereich (16, 18, 20, 46, 48, 50, 52, 53) des Energieabsorptionselements (66) aneinander anliegend ausgebildet und in wenigstens einem Flächenbereich (22, 24, 56, 59) des Energieabsorptionselements (66) unter Ausbildung einer Hohlkammer (26, 28, 58, 60) voneinander beabstandet sind.
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