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Die Erfindung betrifft einen Seitenschweller für ein Fahrzeug, umfassend einen Hohlraum, in welchem ein Verstärkungselement von einem Schaum umgeben ist.
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Aus der
DE 10 2018 218 806 A1 ist eine Seitenfahrzeugkarosserie-Verstärkungsstruktur bekannt, die zwei Seitenschweller umfasst, die sich in einer Vorne- und Hinten-Richtung der Fahrzeugkarosserie erstrecken und in einer Breitenrichtung der Fahrzeugkarosserie mit dem Fahrzeugboden verbunden sind. Jeder Seitenschweller weist eine Rohrform mit einem Innenraum darin auf. An dem so vorgeformten Bauteil haftet eine Verstärkungsschicht, welche einen Partikelschaum umfasst.
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Die
DE 10 2018 208 244 A1 offenbart ein Verbundbauteil für ein Fahrzeug, mit einem zu verstärkenden vorgeformten Bauteil. Hohlräume zwischen einer Außenplatte des Seitenschwellers und einer zentralen Teilung sind dabei mit einem Schaum ausgefüllt.
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Es ist bekannt, bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen eine Hochvoltbatterie im Bereich des Bodens des Fahrzeuges anzuordnen, weshalb der Seitenschweller des Fahrzeuges mit einem Stahl- oder Aluminiumprofil verstärkt wird, um das Gewicht der Hochvoltbatterie abzustützen. Ein solcher Schweller ist sehr aufwendig und teuer und erfordert die Konstruktion eines eigenen Seitenschwellers für jeden Fahrzeugtyp.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Seitenschweller für ein Fahrzeug anzugeben, welcher mit einfachen Aufwand herzustellen und vielseitig in verschiedenen Fahrzeugtypen einsetzbar ist.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei dem eingangs erläuterten Seitenschweller ist der feste bis 200°C temperaturbeständige Schaum als vorgefertigtes Bauteil ausgebildet, welches an einem Außen- und/oder Innenprofil des Seitenschwellers direkt anliegt. Dies hat den Vorteil, dass der Schaum bereits vor einem KTL-Bad, bei welchem die Fahrzeugkarosserie kathodisch tauchlackiert wird, an das Verstärkungselement montiert werden kann. Dadurch wird der Montageprozess verkürzt.
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Vorteilhafterweise ist das aus dem bis 200°C temperaturbeständige Schaum vorgefertigte Bauteil beabstandet zu mindestens einer Außenseite des Verstärkungselementes ausgebildet, welches auf dem Außenprofil des Seitenschwellers direkt aufliegt. Mittels dieser Abstände zum Verstärkungselement wird sichergestellt, dass die im KTL-Bad verwendete Flüssigkeit das Verstärkungselement ausreichend benetzt. Gleichzeitig werden durch die Abstände Hohlräume gebildet, welche ein Ablaufen der im KTL-Bad verwendeten Flüssigkeit ermöglichen.
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In einer Ausgestaltung weist das Innenprofil des Seitenschwellers als Verstärkungssicke ein nach innen gerichtetes Profil auf, das in Richtung einer Querausdehnung des Verstärkungselementes weist und welches an dem aus Schaum vorgefertigten Bauteil angreift. Da die Schwellerverstärkung aus dem Innenprofil, Außenprofil und dem aus einem festen, bis 200°C beständigen Schaum gebildeten Bauteil in deren Mitte besteht, wird im Crashfall des Fahrzeuges eine Kraftübertragung zwischen dem Innen- und Außenprofil sichergestellt.
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In einer Variante greift an dem Innenprofil des Seitenschwellers eine Hochvoltbatterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges an, wobei das nach innen gerichtete Innenprofil als Rampe zur Ableitung einer bei einem Fahrzeugcrash entstehenden Energie in einen Fahrzeugboden ausgestaltet ist. Dadurch wird die bei einem Crash auftretende Energie direkt in den Fahrzeugboden abgeleitet. Die Hochvoltbatterie bleibt somit geschützt.
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In einer Ausführungsform ist das Verstärkungselement stoffschlüssig an dem Außenprofil befestigt. Dadurch wird die Verstärkung einfach aber zuverlässig an dem Seitenschweller befestigt und ein Einknicken des Seitenschwellers unterbunden.
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Es ist von Vorteil, wenn der feste, bis 200°C temperaturbeständige Schaum mittels einem, vorzugsweise expandierenden, Klebstoff an dem Außen- und/oder Innenprofil befestigt ist. Insbesondere bei der Verwendung eines bei hohen Temperaturen expandierenden Klebstoffs, werden Abstände innerhalb der Verstärkungsstruktur während des KTL-Bades durch den expandierenden Klebstoff geschlossen, was zu einer guten Kraftübertragung im Crashfall führt.
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In einer weiteren Ausgestaltung besteht der feste, bis 200°C temperaturbeständige Schaum aus mehreren, hintereinander in einer Fahrtrichtung des Fahrzeuges angeordneten Blöcken, die mit dem Verstärkungselement stoffschlüssig verbunden sind, wobei die einzelnen Blöcke durch zwischenliegende Stabilisierungsbahnen miteinander verbunden sind. Neben dem Unterbinden des Einknickens des Seitenschwellers wird dessen Längssteifigkeit, d.h. dessen Biegesteifigkeit, gesichert.
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In einer weiteren Variante sind die Blöcke aus bis 200°C temperaturbeständigem Schaum und die Stabilisierungsbahnen formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden. Dadurch wird die Quersteifigkeit des Seitenschwellers verbessert.
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In einer weiteren Ausführungsform weisen die Blöcke aus Schaum mindestens einen Vorsprung auf, welcher zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung in mindestens eine Öffnung der Stabilisierungsbahnen eingreift. Eine solche formschlüssige Verbindung lässt sich besonders einfach montieren. Eine zuverlässige schnelle Montage ist möglich, wenn der Formschluss nach dem Verbindungsprinzip von Lego-Bausteinen erfolgt.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn die Stabilisierungsbahnen aus Kunststoff oder Langfasern oder Metall oder Stahl oder Organoblechen ausgebildet sind. Dies kann je nach Anwendungsfall entschieden werden, um eine besonders stabilen und trotzdem kostengünstigen Seitenschweller zu realisieren.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Verstärkungselement aus Leichtmetall oder Kunststoff oder Stahl- oder Organobleche gebildet. Auch hier kann das Material entsprechend dem konkreten Anwendungsfall ausgewählt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Seitenschwellers,
- 2 eine Prinzipdarstellung der Deformationsstufen des Seitenschwellers nach 1,
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Seitenschwellers,
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Seitenschwellers,
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Seitenschwellers,
- 6 eine Prinzipdarstellung einer Kraftverteilung des Seitenschwellers nach 5.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Seitenschwellers dargestellt, wobei 1a einen Querschnitt durch den Seitenschweller 1 zeigt. Der Seitenschweller 1 besteht aus jeweils einem Außenprofil 3 und Innenprofil 5, die mit ihren Enden verbunden sind und einen Hohlraum 7 bilden und sich in Längserstreckung einer Karosserie eines nicht weiter dargestellten Fahrzeuges ausdehnen. Innenprofil 5 und Außenprofil 3 bilden einen Hohlraum 7 zur Aufnahme eines aus Schaum vorgefertigten Bauteils 9, das beispielsweise aus einem Polyamid besteht, in welchen das Bauteil 9 eingeschlossen ist. Der Schaum weist eine Temperaturbeständigkeit bis 200°C auf. Das aus PA-Schaum bestehende Bauteil 9 umfasst ein Verstärkungselement 11 in Form eines Strangpressprofils aus Aliminium, welches ein rechteckförmiges Querschnittsprofil aufweist. Das rechteckförmige Querschnittsprofil wird von einer Profilplatte 13 des Verstärkungselementes 11 begrenzt, welche innen auf dem Außenprofil 3 aufsitzt und mit diesem verklebt ist. Die Profilplatte 13 überragt das Querschnittsprofil und stützt auf seinen beidseitigen Überständen 15 des Verstärkungselementes 11 das aus PA-Schaum bestehende Bauteil 9 ab. Die der Profilplatte 13 gegenüberliegende Seite 17 des Verstärkungselementes 11 grenzt direkt an das aus PA-Schaum bestehende Bauteil 9. Die Seitenflächen 19, 21 des Verstärkungselementes 11 sind beabstandet zum aus PA-Schaum bestehenden Bauteil 9 positioniert, so dass Abstände 23, 25 entstehen. In dem Innenprofil 5 des Seitenschwellers 1 ist eine in Richtung des Bauteils 9 und Seite 17 des Verstärkungselementes 11 weisende Verstärkungssicke 27 ausgebildet, die auf das Bauteil 9 zugreift.
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1b zeigt die Schwellerverstärkung 29 mit dem Verstärkungselement 11. Der bis 200°C temperaturbeständige PA-Schaum oder PET-Schaum wird vor der Montage in dem Seitenschweller 1 als festes Bauteil 9 vorgefertigt. Hierfür wird die Kontur des Seitenschwellers 1 nach innen mit den beschriebenen Abständen zum Verstärkungselement 11 übernommen, wodurch ein nicht weiter gezeigter Hohlraum zwischen dem Außen- und dem Innenprofil 3, 5 gebildet wird, welcher als Matrize für die Form des Bauteils 9 dient. Nach Fertigstellung des aus PA-Schaum bestehenden Bauteils 9 wird dieser in der beschriebenen Art und Weise auf das Verstärkungselement 11 geklebt und bildet mit diesem die sich längserstreckende Schwellerverstärkung 29.
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Eine Prinzipdarstellung der Deformationsstufen der Seitenschwellers 1 nach 1 ist in 2 dargestellt. Der Seitenschweller 1 umfasst 3 Deformationsstufen I, II, und III. Diese werden aus dem Außenprofil 3 mit dem Verstärkungselement 11, dem aus PA-Schaum 9 bestehenden festen Bauteil 9 und dem Innenprofil 5 mit der Verstärkungssicke 27 gebildet. Im Falles eines Crashes des Fahrzeuges greifen die Kräfte (Pfeil F1) an der Profilplatte 13 des Verstärkungselementes 11 an und werden über das aus PA-Schaum bestehende Bauteil 9 und die Verstärkungssicke 27 (Pfeil F2) in den Fahrzeugboden 31 weitergeleitet.
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In einer Alternative ist das Verstärkungselement 11 aus Stahl ausgebildet. Wie in 3 gezeigt genügt es aber auch, wenn nur die Profilplatte 33 und/oder die Außenprofil 3 des Seitenschwellers 1 aus Stahl gebildet sind.
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Im Falle einer Verwendung des erfindungsgemäßen Seitenschwellers 1 in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug weist das Innenprofil 3 anstelle der Verstärkungssicke 27 eine Rampe 35 auf, die gegenüberliegend zu einer Hochvoltbatterie 37 des Fahrzeuges angeordnet ist (4). Dadurch werden die angreifenden Kräfte (Pfeil F1) im Crash-Fall gezielt umgeleitet (Pfeil F3) und die Hochvoltbatterie 37 geschützt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Seitenschwellers 1 ist in 5 dargestellt. Die Schwellerverstärkung 29 besteht aus mehreren festen, aus dem PA-Schaum hergestellten Blöcken 39, zwischen denen Aluminiumbleche 41 angeordnet sind (5a). Diese Aluminiumbleche 41 sind als Schottbleche ausgebildet und mit den aus PA-Schaum bestehenden Blöcken 39 zu einem Verbund verklebt. Jedes Aluminiumblech 41 weist annähernd mittig ein Öffnung 43 auf, welche einseitig mit einem hervortretenden umlaufenden Rand 45 versehen ist. In diese Öffnung 43 greift formschlüssig ein Vorsprung 47 des aus PA-Schaum gefertigten Blockes 39 von der dem umlaufenden Rand 45 abgewendeten Seite des Aluminiumbleches 41 ein. Um den Formschluss zu verbessern, weist das Aluminiumblech 41 in axialer Richtung eine treppenähnliche Abstufung 49 auf, in welche eine kongruente Abstufung 51 der Seiten des Blockes 39 eingreift, wie in 5b gezeigt. In 5c ist ein Querschnitt des so ausgebildeten Seitenschwellers 1 gezeigt. Der Block 39 aus festem PA-Schaum umschließt das Verstärkungselement 11 an allen drei Seiten direkt und liegt auf der Profilplatte 33 auf, wo er mit der Profilplatte 33 verklebt ist. Ebenfalls ist der aus PA-Schaum bestehende Block 39 mit dem Außenprofil 3 und dem Innenprofil 5 des Seitenschwellers 1 verklebt. Mit seinem Querschnitt ist der Seitenschweller 1 in Höhe des Fahrzeugbodens 31 angeordnet (6), so dass die im Crash-Fall angreifenden Kräfte F1 am der Profilplatte 33 verteilt werden und über den Block 39 (Pfeil F2) in den Fahrzeugboden 31 geleitet werden, so dass auch in diesem Fall die Hochvoltbatterie 37 geschützt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018218806 A1 [0002]
- DE 102018208244 A1 [0003]