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Dokumentenidentifikation DE102005061506A1 12.07.2007
Titel Strukturteil für ein Fahrzeug
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Schneidewind, Thomas, 52076 Aachen, DE
DE-Anmeldedatum 22.12.2005
DE-Aktenzeichen 102005061506
Offenlegungstag 12.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.07.2007
IPC-Hauptklasse B62D 25/20(2006.01)A, F, I, 20051222, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B62D 29/04(2006.01)A, L, I, 20051222, B, H, DE   
Zusammenfassung Strukturteil für ein Fahrzeug, an dem zumindest ein nicht-strukturrelevantes Funktionselement (22 bis 25) angeordnet ist, welches im Querschnitt ein Hohlprofil aufweist, wobei das nicht-strukturrelevante Funktionselement (22 bis 25) und das Strukturteil zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sind, wobei das nicht-strukturrelevante Funktionselement (22 bis 25) in das Strukturteil integriert ist, derart, dass die Steifigkeit des Strukturteils erhöht ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Strukturteil für ein Fahrzeug, an dem zumindest ein nicht-strukturrelevantes Funktionselement angeordnet ist, welches im Querschnitt ein Hohlprofil aufweist.

Strukturteile für Fahrzeuge sind in vielfältiger Ausgestaltung und Formgebung bekannt und werden an unterschiedlichen Stellen im Fahrzeug verbaut. Aus der DE 41 39 331 C2 ist eine Tunnelausbildung in der Bodenstruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs bekannt. Bei Karosserien von Fahrzeugen ist es allgemein bekannt, in der Längsmitte des Fahrgastraums einen Tunnel anzubringen, in dem beispielsweise eine Kardanwelle, Kabelschächte und dergleichen verlaufen. Dieser Tunnel wölbt sich gegenüber dem Bodenblech nach oben auf und hat als Abdeckung üblicherweise ein einwandiges, halbschalenförmiges Blechteil. Der bekannte Tunnel ist aus mehreren Blechteilen zusammengesetzt und weist ein Gussteil als Tunneljoch auf.

Des Weiteren ist aus der EP 0 287 941 B1 eine Bodengruppe für ein Kraftfahrzeug bekannt, welches aus einem metallischen Chassis besteht, wobei die gesamte Innenseite dieses Chassis mit einer kunststoffgetränkten, versteiften Werkstoffbahn überzogen ist. Die textile Werkstoffbahn kann aus Aramit-, Polyester-, Polyamid-, Kohle- und/oder Glasfasern bestehen. Sie kann gewebt, gewirkt oder gestrickt sein. Als fließfähige Kunststoffe, mit denen die Werkstoffbahn getränkt werden kann, können Epoxid-, Polyester- oder Polyurethanharze vorgesehen sein.

Darüber hinaus ist aus der DE 37 22 490 A1 eine Bodenplatte für ein Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Bodenplatte aus einem Gitterrohrrahmen aus einem fachwerkartigen Metallgerüst ausgebildet ist. Die Verkleidung erfolgt durch Blech- und/oder Kunststoffteile, die jedoch keine oder nur eine sehr geringe tragende Funktion haben. Die Übernahme der gesamten tragenden Funktion erfolgt durch Vervollständigen der Bodenplatte durch Ankleben der Unter- und Oberschalen aus Kunststoff, insbesondere aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) an dem Aluminiumrahmen und durch anschließendes Aufschäumen der verbleibenden Zwischenräume.

Des Weiteren offenbart die DE 198 41 331 C2 eine Karosseriebodenstruktur für ein Kraftfahrzeug, welche einen Mitteltunnel aufweist. In dem Mitteltunnel ist eine Antriebswelle angeordnet, wobei oberhalb dieser Antriebswelle eine Erhöhung des Mitteltunnels vorgesehen ist, in der ein in Fahrzeuglängsrichtung ausgedehnter Kraftstofftank angeordnet ist. Der Kraftstofftank kann in der Erhöhung des Mitteltunnels integriert sein. Die Karosseriebodenstruktur ist vorzugsweise aus Stählen oder Aluminiumlegierungen hergestellt, wobei das Tankgehäuse aus faserverstärkten Kunststoffen oder Metallgusswerkstoffen ausgebildet ist.

Darüber hinaus ist aus der EP 1 375 311 A2 eine Aufbaustruktur für ein Fahrzeug bekannt, welche eine Fahrgastzelle mit einem Windschutzscheibenrahmen aufweist, wobei der Windschutzscheibenrahmen mit einer Wandstruktur der Fahrgastzelle verbunden ist. Die Wandstruktur der Fahrgastzelle und der Windschutzscheibenrahmen sind aus hochfestem nichtmetallischem Werkstoff, beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff, ausgebildet, wobei diese beiden Elemente baulich vereinigt sind. Die bauliche Vereinigung ist durch eine Klebeverbindung realisiert.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Strukturen ist darin zu sehen, dass eine Vielzahl an separaten Bauteilen bereitgestellt und in teils sehr aufwendigen Fertigungsvorgängen zusammengefügt werden müssen. Darüber hinaus ist die Anforderung an Steifigkeit der jeweiligen Strukturteile nur bedingt erfüllt. Insbesondere dann, wenn nicht-strukturrelevante Funktionselemente, wie Luftleitkanäle oder Kabelschächte in den Strukturteilen angeordnet sind, ist die Anfertigung und Montage sehr aufwendig.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Strukturbauteil für ein Fahrzeug zu schaffen, welches aufwandsarm gefertigt und montiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Strukturteil, welches die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Strukturteil für ein Fahrzeug, welches insbesondere als Karosseriebauteil ausgebildet ist, umfasst zumindest ein nicht-strukturrelevantes Funktionselement, wobei dieses nicht-strukturrelevante Funktionselement im Querschnitt ein Hohlprofil aufweist. Unter einem Hohlprofil werden sowohl vollkommen geschlossene Hohlprofile als auch offene Hohlprofile, wie beispielsweise U-förmige oder V-förmige Elemente, verstanden. Die Hohlprofile können im Querschnitt eckig oder oval oder rund oder zumindest teilweise eckig und teilweise gekrümmt ausgebildet sein. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass das Funktionselement und das Strukturbauteil zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sind, wobei das Funktionselement in das Strukturteil integriert ist. Diese Integration und damit auch die positionsgenaue Anordnung erfolgt bevorzugt derart, dass die Steifigkeit, insbesondere die Torsionssteifigkeit, des Strukturteils erhöht ist. Es kann somit ein Strukturteil bereitgestellt werden, welches mit einem deutlich reduzierten Herstellungsaufwand gefertigt werden kann und darüber hinaus eine erhöhte Steifigkeit aufweist. Ein nicht-strukturrelevantes Funktionselement des Strukturteils wird somit nicht mehr separat aus einer Vielzahl von einzelnen Teilen hergestellt und in einem eigenen Montageprozess an das Strukturteil montiert, sondern es wird im Wesentlichen in einem einzigen Herstellungsprozess dieses nicht-strukturrelevante Funktionselement bei der Herstellung des Strukturteils integriert. Diese einstückige Ausbildung ermöglicht die Herstellung eines relativ komplexen Bauteils in aufwandsarmer Weise. Nicht zuletzt kann eine optimierte Anordnung von einem oder mehreren Funktionselementen in dem Strukturteil ermöglicht werden derart, dass nicht nur eine platzsparende und platzminimierende Anordnung ermöglicht wird, sondern dadurch auch die Steifigkeit anforderungsabhängig beeinflusst werden kann.

In bevorzugter Weise ist das Strukturteil als Mitteltunnel des Fahrzeugs ausgebildet. Insbesondere bei diesem Strukturteil kann somit eine erhebliche Reduzierung des Fertigungs- und Montageaufwands erreicht werden. Diese elementare Baugruppe des Fahrzeugs kann somit im Hinblick auf Torsionsbelastung deutlich verbessert werden.

In bevorzugter Weise weist das Strukturbauteil im Querschnitt ein Hohlprofil auf. Auch in diesem Falle kann die Hohlprofilgebung geschlossen oder geöffnet ausgebildet sein. Durch die Hohlprofilgebung kann in bevorzugter Weise die Aufnahme von einem oder mehreren nicht-strukturrelevanten Funktionselementen in einfacher Weise durchgeführt werden.

In vorteilhafter Weise sind die nicht-strukturrelevanten Funktionselemente als Luftleitkanal oder als Kabelkanal zur Aufnahme von einem oder mehreren Kabeln ausgebildet.

In bevorzugter Weise ist ein Einleger- und/oder ein sonstiges Profilelement in das Strukturteil integriert. Dadurch kann die Formgebung des nicht-strukturrelevanten Funktionselements in sicherer Weise vorgegeben werden. Darüber hinaus kann dadurch ein einfaches und zuverlässiges Ausbilden und Anordnen des nicht-strukturrelevanten Funktionselements in dem Strukturteil erreicht werden. Der faserverstärkte Kunststoff kann durch eine Mehrzahl an unterschiedlichen Verfahren an die Einleger und/oder Profilelemente angeformt werden, wobei dadurch die integrale Ausbildung ermöglicht wird.

Der faserverstärkte Kunststoff ist in vorteilhafter Weise zumindest teilweise um den Einleger und/oder das Profilelement angeordnet. Hohlräume und Profile als nicht-strukturrelevante Funktionselemente in dem Strukturteil werden mittels variabler und vielfältiger Anordnung, beispielsweise einer Verschachtelung, ausgebildet und durch entsprechende Formungsverfahren werden die faserverstärkten Kunststoffe geformt bzw. angeformt. Vorgesehen sein kann hier beispielsweise eine Schlauchblas- oder eine Hydrotechnik. Prinzipiell kann die Ausbildung von derartigen Hohlkammern in dem Strukturteil durch jedes Injektions- bzw. Gießverfahren ermöglicht werden.

In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Lichtleiterelement in das Strukturteil integriert ist. Dadurch können bereits Lichtleitungen in das Strukturteil in dem Fertigungsprozess des Strukturteils mit eingegossen werden und positionsgenau angeordnet werden. Auch hierbei kann somit der weitere Fertigungs- und Montageprozess deutlich reduziert werden und Fehlerquellen beim Einbau verhindert werden. Darüber hinaus kann auch die Gefahr einer Beschädigung beim Montageprozess derartiger Elemente reduziert bzw. verhindert werden. Derartige eingegossene Lichtleiterelemente können dann bevorzugt zentral mit Licht einer Lichtquelle versorgt werden bzw. dieses Licht der Lichtquelle in diese Lichtleiterelemente eingekoppelt werden.

In vorteilhafter Weise kann das Strukturteil mit einer Mehrzahl von nicht-strukturrelevanten Funktionselementen ausgebildet werden, wobei dabei ein System bereitgestellt werden kann, welches im Querschnitt zumindest teilweise wabenförmig ausgebildet ist. Als Wabenform wird hier nicht nur lediglich eine rautenförmige Ausgestaltung, beispielsweise sechsseitige Wabenstruktur, verstanden, sondern jegliche Ausgestaltung, welche im Querschnitt eine Mehrkammerstruktur darstellt. Bevorzugterweise grenzt diese Mehrzahl an Kammern bereichsweise aneinander an, so dass eine Verschachtelung der Kammern ausgebildet ist. Dadurch kann ein sehr steifes Strukturteil geschaffen werden, welches darüber hinaus auch sehr platzsparend realisiert werden kann.

Durch die Integration von nicht-strukturrelevanten Funktionselementen, beispielsweise hohlen Montageteilen zu mittragenden Karosseriebauteilen, kann eine erhöhte Funktionsintegration auch bei sehr komplexen Strukturteilen erreicht werden. Die Darstellung von Kanälen, Rohren und dergleichen in dem Modul Strukturteil kann aus einem Stück hergestellt werden. Dieses einstückige Strukturteil ist bevorzugt vollständig aus textilem Faserverbundwerkstoff realisiert. In vorteilhafter Weise kann das Strukturteil durch einen RTM (Resin Transfer Moulding)-Prozess gefertigt werden und als RTM-Strukturteil realisiert sein. Insbesondere dann, wenn das Strukturteil als Mitteltunnel ausgebildet ist, kann dieses einzige bereitgestellte Teil in der nachfolgenden Rohbaufertigung in die Karosserie eingebracht werden, wodurch die Fertigungszeit verkürzt und die Logistikkosten reduziert werden können.

In bevorzugter Weise kann vorgesehen sein, dass die metallischen Einleger und/oder sonstige Profilelemente bei dem Herstellungsprozess negativ vorgespannt werden, um dadurch bei einem Crashfalle und somit bei einer Krafteinwirkung auf das Strukturteil eine bessere Energieabsorption ermöglichen zu können.

Das Fahrzeug kann mit einen Front- oder einem Heckmotor ausgerüstet sein. Das Fahrzeug kann mit einem Frontantrieb, einem Heckantrieb oder mit einem Allradantrieb ausgebildet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines Teilbereichs einer Fahrzeugkarosserie; und

2 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie II-II gemäß 1.

In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die perspektivische Darstellung in 1 zeigt einen Teilbereich einer Karosserie eines Fahrzeugs. In der Darstellung ist eine Bodenstruktur 1 eines Fahrzeugs bereichsweise dargestellt. An der Bodenstruktur 1, welche beispielsweise aus Stahl oder Leichtmetall wie Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sein kann, ist ein Strukturteil angeordnet, welches im Ausführungsbeispiel als Mitteltunnel 2 ausgebildet ist. Dieser Mitteltunnel 2 ist an der Bodenstruktur 1 durch mehrere Befestigungselemente bzw. Befestigungsbereiche befestigt. Hierbei kann beispielsweise eine Klebeverbindung, eine Schraubverbindung, eine Nietverbindung oder dergleichen vorgesehen sein. Die Befestigungsbereiche 1a, 1b und 1c sind lediglich beispielhaft in der Darstellung angegeben. Sie können sowohl in Anzahl als auch in der Position in vielfältiger Weise realisiert sein.

Das Fahrzeug ist im Ausführungsbeispiel mit einem Frontmotor ausgerüstet und weist angetriebene Hinterräder oder einen Allradantrieb auf, weshalb in dem Mitteltunnel 2 unter anderem eine nicht dargestellte Antriebswelle vom Motorraum zu den Hinterrädern führt.

In 2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie II-II (1) gezeigt. Wie dabei zu erkennen ist, ist der Mitteltunnel 2 als nach unten offenes Hohlprofil ausgebildet, welches eine U-Form aufweist. An den freien Enden der Schenkel der U-Form sind Flansche 21a und 21b ausgebildet, über welche der Mitteltunnel 2 mit der Bodenstruktur 1 mechanisch verbunden werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Mitteltunnel 2 geschlossen ist, wobei dabei beispielsweise ein Verbindungselement zwischen den Flanschen 21a und 21b angeordnet sein kann. Dies kann beispielsweise ein Blechteil sein.

Im Ausführungsbeispiel ist der Mitteltunnel 2 aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet. Beispielsweise kann dies GFK oder CFK (kohlefaserverstärkter Kunststoff) sein. Es können jedoch auch andere faserverstärkte Kunststoffmaterialen vorgesehen sein. Wie in der Darstellung in 2 gezeigt ist, weist der Mitteltunnel 2 eine Mehrzahl an nicht-strukturrelevanten Funktionselementen 22 bis 25 auf. Im Ausführungsbeispiel ist das nicht-strukturrelevante Funktionselement 22 als Luftleitkanal ausgebildet. Die nicht-strukturrelevanten Funktionselemente 23 und 25 sind als Kabelkanäle zur Führung von Kabeln ausgebildet. Das nicht-strukturrelevante Funktionselement 24 ist als Lichtleiterelement ausgebildet und in den Mitteltunnel 2 quasi eingegossen. Die nicht-strukturrelevanten Funktionselemente 22, 23 und 25 sind ebenfalls in den Mitteltunnel 2 integriert und aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet. Wie aus der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, können die nicht-strukturrelevanten Funktionselemente 22, 23 und 25 im Querschnitt beliebige Formgebungen aufweisen und in vielfältiger Weise positioniert werden. Im Ausführungsbeispiel sind die nicht-strukturrelevanten Funktionselemente 22 bis 25 derart angeordnet, dass insbesondere die Torsionssteifigkeit des Mitteltunnels 2 erhöht ist. Der Mitteltunnel 2 und die darin integrierten nicht-strukturrelevanten Funktionselemente 22 bis 25 sind einstückig ausgebildet.

Im Bereich 26 des Mitteltunnels 2, welcher sich unterhalb des nicht-strukturrelevanten Funktionselements 25 erstreckt, ist die nicht dargestellte Antriebswelle angeordnet.

Im Ausführungsbeispiel ist der einstückig ausgebildete Mitteltunnel 2 vollständig aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet und als RTM-Strukturteil realisiert.

Es kann auch vorgesehen sein, dass lediglich einer der nicht-strukturrelevanten Funktionselemente 22 bis 25 einstückig mit dem Mitteltunnel 2 ausgebildet ist und darüber hinaus ein zweites nicht-strukturrelevantes Funktionselement, beispielsweise das nicht-strukturrelevante Funktionselement 25 separat ausgebildet wird und in einem zusätzlichen Fertigungs- bzw. Montageprozess in dem Mitteltunnel 2 angeordnet wird. Beispielsweise kann hierbei eine Klebeverbindung vorgesehen sein. In entsprechender Weise kann die in 2 gezeigte einstückige Ausbildung des Mitteltunnels 2 durch weitere nicht-strukturrelevante Funktionselemente oder aber auch sonstige Teile ergänzt werden, welche nachträglich an dem Mitteltunnel 2 angeordnet werden. Eine derartige Anordnung von zusätzlichen Teilen kann im Bereich 26 des Mitteltunnels 2 erfolgen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass an einer Außenseite 27 des Mitteltunnels 2 derartige zusätzliche Teile angebracht werden.

Zur Erzeugung eines oder mehrer der nicht-strukturrelevanten Funktionselemente 22, 23 und 25 kann vorgesehen sein, dass ein Einleger und/oder ein anderweitiges Profilelement integriert ist, und um dieses Einleger- und/oder Profilelement ein faserverstärkter Kunststoff durch ein Injektions- oder sonstiges Gießverfahren angeformt wird.

Prinzipiell ist die Realisierung eines derartigen Strukturteils mit integrierten nicht-strukturrelevanten Funktionselementen auch für eine Vielzahl anderer Karosseriebauteile möglich.


Anspruch[de]
Strukturteil für ein Fahrzeug, an dem zumindest ein nicht-strukturrelevantes Funktionselement (22 bis 25) angeordnet ist, welches im Querschnitt ein Hohlprofil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-strukturrelevante Funktionselement (22 bis 25) und das Strukturteil zumindest teilweise aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sind, wobei das nicht-strukturrelevante Funktionselement (22 bis 25) in das Strukturteil integriert ist. Strukturteil nach Anspruch 1, welches als Mitteltunnel (2) des Fahrzeugs ausgebildet ist. Strukturteil nach Anspruch 1 oder 2, welches im Querschnitt ein Hohlprofil aufweist. Strukturteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-strukturrelevante Funktionselement (22 bis 25) ein Kabelkanal oder ein Luftleitkanal ist. Strukturteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einleger und/oder ein sonstiges Profilelement in das Strukturteil integriert ist. Strukturteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einleger und/oder das Profilelement zur Formgebung des nicht-strukturrelevanten Funktionselements (22 bis 25) in das Strukturteil integriert ist. Strukturteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein faserverstärkter Kunststoff zumindest teilweise um den Einleger und/oder das Profilelement angeordnet ist. Strukturteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lichtleiterelement (24) in das Strukturteil integriert ist. Strukturteil nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl an nicht-strukturrelevanten Funktionselementen (22 bis 25) derart in dem Strukturteil integriert sind, dass das Strukturteil im Querschnitt zumindest bereichsweise wabenförmig ausgebildet ist.






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