DE102016010707A1 - Impact protection strut with laminate - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Aufprallschutzanordnung (10) für ein Fahrzeug, umfassend eine Aufprallschutzstrebe (12) aus einem Leichtmetall, wobei an wenigstens einer Stelle der Aufprallschutzstrebe (12) ein wenigstens zwei Schichten (16a, 16b) umfassendes Laminat (14), insbesondere ein wenigstens drei Schichten (16a, 16b, 16c) umfassendes Laminat (14) zur lokalen Erhöhung der Steifigkeit der Aufprallschutzanordnung (10) fixiert ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Baugruppe, umfassend eine derartige Aufprallschutzanordnung (10) sowie ein Fahrzeug, umfassend eine derartige Aufprallschutzanordnung (10) oder eine derartige Baugruppe.The invention relates to an impact protection arrangement (10) for a vehicle, comprising an impact protection strut (12) made of a light metal, wherein at least one point of the impact protection strut (12) comprises a laminate (14) comprising at least two layers (16a, 16b), in particular at least one laminate (14) comprising three layers (16a, 16b, 16c) for locally increasing the rigidity of the impact protection arrangement (10). The invention further relates to an assembly comprising such an impact protection arrangement (10) and a vehicle comprising such an impact protection arrangement (10) or such an assembly.
Description
Die Erfindung betrifft eine Aufprallschutzanordnung für ein Fahrzeug, die eine Aufprallschutzstrebe aus einem Leichtmetall umfasst, eine Baugruppe, welche eine derartige Aufprallschutzanordnung umfasst, sowie ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, welches eine derartige Aufprallschutzanordnung oder eine derartige Baugruppe umfasst. Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Aufprallschutzanordnung.The invention relates to an impact protection arrangement for a vehicle, which comprises an impact protection strut made of a light metal, an assembly which comprises such an impact protection arrangement, and a vehicle, in particular a motor vehicle, which comprises such an impact protection arrangement or such an assembly. The invention further comprises a method for producing such an impact protection arrangement.
Aufprallschutzstreben aus Leichtmetallen werden im Fahrzeugbau, insbesondere Kraftfahrzeugbau, häufig eingesetzt, um kollisionsgefährdete Bereiche entsprechender Fahrzeuge abzusichern. Die entsprechenden Aufprallschutzstreben werden vorzugsweise mittels Extrusionsverfahren hergestellt, die eine kostengünstige und schnelle Produktion ermöglichen. Allerdings ermöglichen diese Verfahren lediglich die Herstellung von Aufprallschutzstreben mit einem gleich bleibenden Querschnitt. Oftmals ist es jedoch gewünscht, bestimmte Bereiche der Aufprallschutzstreben, an denen eine höhere Krafteinwirkung im Rahmen einer Kollision erwartet wird, stärker auszulegen. In diesem Fall bleibt lediglich die Möglichkeit, im Rahmen einer Nachbearbeitung weitere Portionen des Leichtmetalls an den gewünschten Stellen anzubringen, beispielsweise durch Verschweißen oder Verschmelzen. Derartige Nachbearbeitungen verlängern und verkomplizieren jedoch die Herstellung der Aufprallschutzstreben und machen diese dadurch insgesamt teurer.Impact protection struts made of light metals are frequently used in vehicle construction, in particular motor vehicle construction, in order to protect collision-risk areas of corresponding vehicles. The corresponding impact protection struts are preferably produced by means of extrusion processes, which enable cost-effective and rapid production. However, these methods only allow the production of impact protection struts with a constant cross section. Often, however, it is desired to more strongly interpret certain areas of the impact bars that are expected to exert more force in the event of a collision. In this case, there remains only the possibility to install further portions of the light metal at the desired locations as part of a post-processing, for example by welding or fusing. However, such reworking prolongs and complicates the manufacture of the impact protection struts, making them more expensive overall.
Zur Lösung dieses Problems wurden in der Vergangenheit zusätzliche Verblendungen vorgeschlagen. So beschreibt die
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, alternative Lösungen für Aufprallschutzanordnungen, derartige Aufprallschutzanordnungen umfassende Baugruppen oder Fahrzeuge sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Aufprallschutzanordnungen bereitzustellen.The object of the invention is now to provide alternative solutions for impact protection arrangements, assemblies or vehicles comprising such impact protection arrangements as well as methods for producing such impact protection arrangements.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims.
Die Aufgabe ist in einem ersten Aspekt gelöst durch eine Aufprallschutzanordnung für ein Fahrzeug, umfassend eine Aufprallschutzstrebe aus einem Leichtmetall, wobei wenigstens an einer Stelle der Aufprallschutzstrebe ein wenigstens zwei Schichten umfassendes Laminat zur lokalen Erhöhung der Steifigkeit der Aufprallschutzanordnung fixiert ist.The object is achieved in a first aspect by an impact protection arrangement for a vehicle, comprising an impact protection strut made of a light metal, wherein at least at one point of the impact protection strut a laminate comprising at least two layers is fixed for locally increasing the rigidity of the impact protection arrangement.
Die Schichten können jeweils aus identischen Materialien oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Schichten ein oder mehrere Metalle oder Legierungen daraus. Gemäß einer besonderen Ausführungsform umfassen die Schichten einen oder mehrere Kunststoffe, wobei verschiedene Schichten verschiedene Kunststoffe oder gleiche Kunststoffe umfassen können. Vorteilhaft ergeben sich insbesondere durch die Verwendung von Kunststoffe umfassenden Schichten Gewichtsersparnisse, sodass die Aufprallschutzanordnung bei verbesserter Belastungsfähigkeit ein geringeres Gewicht aufweist als eine Aufprallschutzstrebe, die ausschließlich aus einem Leichtmetall besteht. Darüber hinaus lassen sich durch die Auswahl der Bestandteile für die wenigstens zwei Schichten des Laminats die gewünschten mechanischen Eigenschaften der Aufprallschutzanordnung beeinflussen. Die Oberflächenkontur der Kontaktfläche des Laminats ist auf die Oberflächenkontur der Aufprallschutzstrebe, an der das Laminat fixiert werden soll, abgestimmt.The layers can each consist of identical materials or of different materials. According to one embodiment, the layers comprise one or more metals or alloys thereof. According to a particular embodiment, the layers comprise one or more plastics, wherein different layers may comprise different plastics or the same plastics. Advantageously, resulting in particular by the use of layers comprising plastics weight savings, so that the impact protection arrangement with improved load capacity has a lower weight than an impact protection strut, which consists exclusively of a light metal. In addition, the choice of ingredients for the at least two layers of the laminate can affect the desired mechanical properties of the impact protection assembly. The surface contour of the contact surface of the laminate is matched to the surface contour of the impact protection strut, on which the laminate is to be fixed.
In einer Ausführungsform umfasst das Laminat wenigstens eine Schicht, die ihrerseits ein Fasermaterial umfasst. In einer besonderen Weiterbildung umfasst die wenigstens eine Schicht einen faserverstärkten Kunststoff. Vorteilhaft wird dadurch eine besondere Zugfestigkeit des Laminats bereitgestellt. Nicht-beschränkende Beispiele für derartige faserverstärkte Kunststoffe sind Kohlenstofffaser-verstärkte Kunststoffe, glasfaserverstärkte Kunststoffe, Aramid-Faser-verstärkte Kunststoffe und mit biologischen Fasern verstärkte Kunststoffe, wobei nicht-beschränkende Beispiele für biologische Fasern Zellulosefasern, Seidenfasern, Ligninfasern und dergleichen sind. Gemäß einer nicht-beschränkenden beispielhaften Ausführungsform liegt ein Laminat aus drei Schichten vor, wobei die mittlere Schicht einen mit Kohlenstofffasern verstärkten Kunststoff und die beiden angrenzenden Schichten einen mit Aramid-Fasern verstärkten Kunststoff umfassen.In one embodiment, the laminate comprises at least one layer, which in turn comprises a fibrous material. In a particular embodiment, the at least one layer comprises a fiber-reinforced plastic. Advantageously, this provides a special tensile strength of the laminate. Non-limiting examples of such fiber reinforced plastics are carbon fiber reinforced plastics, glass fiber reinforced plastics, aramid fiber reinforced plastics and bio-fiber reinforced plastics, nonlimiting examples of biological fibers being cellulose fibers, silk fibers, lignin fibers and the like. In one non-limiting example embodiment, there is a laminate of three layers wherein the middle layer comprises a carbon fiber reinforced plastic and the two adjacent layers comprise an aramid fiber reinforced plastic.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Aufprallschutzanordnung umfasst das Laminat wenigstens zwei Schichten, die ihrerseits wenigstens jeweils ein Fasermaterial umfassen, wobei die Faserrichtung der Schichten unterschiedlich ist. Dementsprechend verläuft das Fasermaterial einer Schicht in eine bestimmte Hauptrichtung, wohingegen das Fasermaterial einer weiteren Schicht in eine davon abweichende Hauptrichtung verläuft. Vorteilhaft wird dadurch die Möglichkeit eröffnet, die Aufprallschutzstrebe innerhalb der Aufprallschutzanordnung gegenüber einer Verformung in mehreren zu erwartenden Verformungsrichtungen zu versteifen, da die jeweiligen Hauptrichtungen der Fasermaterialien jeweils einer Verformungsrichtung maximal entgegenwirken. Liegen mehr als zwei Schichten vor, so ist vorzugsweise vorgesehen, dass einander benachbarte Schichten eine unterschiedliche Faserrichtung aufweisen, wobei die Faserrichtungen von Schichten, die ihrerseits wiederum durch wenigstens eine weitere Schicht getrennt sind, gleich sein können.According to a particular embodiment of the impact protection arrangement, the laminate comprises at least two layers, which in turn comprise at least one respective fiber material, wherein the fiber direction of the layers is different. Accordingly, the fiber material of a layer runs in a certain main direction, whereas the fiber material of a further layer runs in a different main direction. Advantageously, this opens up the possibility of stiffening the impact protection strut within the impact protection arrangement against deformation in a plurality of expected deformation directions, since the respective main directions of the fiber materials each counteract a deformation direction maximum. If there are more than two layers, it is preferably provided that adjacent layers have a different fiber direction, wherein the fiber directions of layers, which in turn are separated by at least one further layer, may be the same.
Gemäß einer Ausführungsform nimmt die Länge der Schicht mit zunehmender Entfernung von der Aufprallschutzstrebe, bezogen auf die Längserstreckung der Aufprallschutzstrebe, ab. Dementsprechend existiert eine der Aufprallschutzstrebe benachbarte erste Schicht, die eine große Längserstreckung aufweist, an die sich eine zweite Schicht mit geringerer Längserstreckung anschließt. Die Dicke der Aufprallschutzanordnung an der Stelle, an der das Laminat an der Aufprallschutzstrebe angebracht ist, nimmt daher abgestuft zu. Vorteilhaft können dadurch scharfe und insbesondere beim Einbau der Aufprallschutzanordnung in eine übergeordnete Baugruppe für Beschädigungen anfällige Kanten verringert werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weisen die jeweiligen Schichten des Laminats eine identische Länge und damit eine maximale Belastbarkeit auf, da auch in den Endbereichen der Zusammenhalt aller Schichten gewährleistet ist.According to one embodiment, the length of the layer decreases with increasing distance from the impact protection strut with respect to the longitudinal extent of the impact protection strut. Accordingly, there is a first layer adjacent to the impact protection strut, which has a large longitudinal extension, followed by a second layer of lesser longitudinal extent. The thickness of the impact protection assembly at the location where the laminate is attached to the impact protection strut therefore increases in a stepped manner. Advantageously, sharp and, in particular, edges that are prone to damage when installing the impact protection arrangement in a superordinate assembly can thus be reduced. According to an alternative embodiment, the respective layers of the laminate have an identical length and thus a maximum load capacity, since the cohesion of all layers is ensured even in the end regions.
Gemäß einer Ausführungsform nehmen die Dicken der Schichten des Laminats mit zunehmender Entfernung von der Aufprallschutzstrebe zu. Vorteilhaft lassen sich dadurch die gewünschten mechanischen Eigenschaften, insbesondere eine erhöhte Steifigkeit, dadurch bereitstellen, dass die äußerste Schicht oder die äußersten Schichten, also die von der Aufprallschutzstrebe weiter entfernten Schichten, dicker ausgeführt sind. Durch eine dickere Ausführung der äußersten Schicht oder der äußersten Schichten, also derjenigen Schichten, die von der Aufprallschutzstrebe weiter entfernt sind, und entsprechende Wahl der dafür verwendeten Materialien lassen sich die gewünschten mechanischen Eigenschaften, beispielsweise eine erhöhte Steifigkeit, vorteilhaft bereitstellen, wohingegen die innere Schicht oder die inneren Schichten, vermehrt der Bereitstellung einer Auflagefläche bzw. einer Anbindungsfläche an die Aufprallschutzstrebe dienen. Nicht beschränkende Beispiele für Laminate mit Schichten unterschiedlicher Dicken sind solche, bei denen die Dicke der jeweils von der Aufprallschutzstrebe weiter entfernten Schicht sich von der Dicke der jeweils benachbarten, näher an der Aufprallschutzstrebe gelegenen Schicht um mindestens 10% unterscheidet. Nicht beschränkende absolute Beispiele für Dicken von Schichten sind Bereiche von 0,1 mm bis < 1,0 mm für die am nächsten zur Aufprallschutzstrebe gelegene Schicht, 1,0 mm bis < 2,5 mm für die sich daran anschließende, von der Aufprallschutzstrebe weiter entfernte Schicht, und optional ≥ 2,5 mm, beispielsweise ≥ 2,5 mm bis 10,0 mm für eine noch weiter von der Aufprallschutzstrebe entfernte zusätzliche Schicht.According to one embodiment, the thicknesses of the layers of the laminate increase with increasing distance from the impact protection strut. Advantageously, the desired mechanical properties, in particular an increased rigidity, can thereby be provided in that the outermost layer or the outermost layers, that is to say the layers further from the impact protection strut, are made thicker. By a thicker embodiment of the outermost layer or the outermost layers, ie those layers which are further away from the impact protection strut, and appropriate choice of the materials used for it, the desired mechanical properties, for example an increased rigidity, can advantageously be provided, whereas the inner layer or the inner layers, increasingly serve to provide a support surface or a connection surface to the impact protection strut. Nonlimiting examples of laminates having layers of different thicknesses are those in which the thickness of each layer farther away from the impact protection strut differs by at least 10% from the thickness of the adjacent layer closer to the impact protection strut. Non-limiting absolute examples of thicknesses of layers are ranges of 0.1 mm to <1.0 mm for the layer closest to the impact protection strut, 1.0 mm to <2.5 mm for the adjoining one, further from the impact protection strut removed layer, and optionally ≥ 2.5 mm, for example ≥ 2.5 mm to 10.0 mm for an additional layer further from the impact protection strut.
In einer Ausführungsform der Aufprallschutzanordnung ist das Laminat an einer Oberfläche der Aufprallschutzstrebe fixiert, die in Richtung einer potentiell auftretenden und von der auf Schutzanordnung aufzunehmenden Kraft weist. Vorteilhaft wird damit genau der Bereich der Aufprallschutzstrebe durch das Laminat verstärkt, der zuerst der zu erwartenden einwirkenden Kraft ausgesetzt ist, sodass zumindest ein Teil dieser Kraft unmittelbar von dem Laminat aufgenommen wird. Das dahinterliegende Leichtmetall der Aufprallschutzstrebe wird dadurch weniger belastet. Im Optimalfall kann sogar die gesamte Kraft von dem Laminat aufgenommen werden, welches gegebenenfalls nach einer Zerstörung ausgetauscht und durch ein intaktes Laminat ersetzt werden kann. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Laminat an derjenigen Oberfläche der Aufprallschutzstrebe fixiert, die entgegengesetzt liegt zur Oberfläche, auf die eine Kraft einwirken wird. Insbesondere wenn die Kraft so groß ist, dass es zu einer Verformung der Aufprallschutzstrebe kommt, wird dadurch bei einem Laminat, welches Fasermaterial umfasst, die durch das Fasermaterial verliehene Widerstandsfähigkeit gegen Zugbelastung optimal eingesetzt.In one embodiment of the impact protection arrangement, the laminate is fixed to a surface of the impact protection strut, which points in the direction of a potentially occurring and on the protection device to be absorbed force. Advantageously, exactly the area of the impact protection strut is reinforced by the laminate, which is first exposed to the expected acting force, so that at least part of this force is absorbed directly by the laminate. The underlying light metal of the impact protection strut is thereby less stressed. In the optimal case, even the entire force can be absorbed by the laminate, which can optionally be replaced after destruction and replaced by an intact laminate. According to an alternative embodiment, the laminate is fixed to that surface of the impact protection strut which is opposite to the surface on which a force will act. In particular, if the force is so great that deformation of the impact protection strut occurs, the resistance to tensile stress imparted by the fiber material is thereby optimally utilized in a laminate comprising fiber material.
Das Laminat kann mittels fachüblicher Befestigungsmethoden an der Aufprallschutzstrebe fixiert werden, beispielsweise über Formschluss, über zusätzliche Befestigungsmittel oder über Stoffschluss. Gemäß einer besonderen Ausführungsform erfolgt die Fixierung über eine Klebeschicht. Vorteilhaft wird damit eine schnelle Herstellbarkeit der Aufprallschutzanordnung gewährleistet. In einer Weiterbildung besteht auch bei Anwendung von Lösemitteln, die auf den verwendeten Klebstoff abgestimmt sind, die Möglichkeit, ein beschädigtes Laminat durch Auflösung oder Anlösung der Klebeschicht wieder abzulösen und durch ein intaktes Laminat zu ersetzen.The laminate can be fixed to the impact protection strut by means of customary attachment methods, for example via positive locking, via additional fastening means or via material connection. According to a particular embodiment, the fixing takes place via an adhesive layer. Advantageously, this ensures rapid manufacturability of the impact protection arrangement. In a further development, even with the use of solvents which are adapted to the adhesive used, it is possible to remove a damaged laminate by dissolving or dissolving the adhesive layer and to replace it with an intact laminate.
Die Aufgabe ist in einem zweiten Aspekt gelöst durch eine Baugruppe eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die eine Aufprallschutzanordnung wie vorstehend beschrieben umfasst. Nicht beschränkende Beispiele für derartige Baugruppen sind Fahrzeugtüren, Front-, Heck- oder Seitenteile von Fahrzeugkarosserien. Mittels derartiger Baugruppen wird vorteilhaft eine Gewichtsersparnis und/oder eine höhere mechanische Belastbarkeit, sowohl im Falle von insbesondere unfallbedingt einwirkenden Kräften als auch im Falle von während des normalen Betriebs auftretenden Kräften, bereitgestellt.The object is achieved in a second aspect by an assembly of a vehicle, in particular of a motor vehicle, which comprises an impact protection arrangement as described above. Non-limiting examples of such assemblies are vehicle doors, front, rear or side panels of vehicle bodies. By means of such assemblies is advantageously a weight saving and / or a higher mechanical strength, both in the case of particular accidentally acting forces as well as in the case of forces occurring during normal operation, provided.
Die Aufgabe ist in einem dritten Aspekt gelöst durch ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, welches eine Aufprallschutzanordnung wie hierin beschrieben oder eine Baugruppe wie hierin beschrieben umfasst.The object is achieved in a third aspect by a vehicle, in particular a motor vehicle, which has an impact protection arrangement as described herein described or comprises an assembly as described herein.
Die Aufgabe ist in einem vierten Aspekt gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Aufprallschutzanordnung wie hierin beschrieben, wobei das Verfahren ein Bereitstellen einer Aufprallschutzstrebe und weiterhin ein Fixieren eines Laminats an der Aufprallschutzstrebe umfasst. Gemäß einer besonderen Ausführungsform erfolgt das Fixieren des Laminats an der Aufprallschutzstrebe mittels einer Klebstoffschicht. Das Laminat wird vorzugsweise als getrenntes Bauteil bereitgestellt. Alternativ ist, insbesondere im Fall von verklebten Laminaten, auch die Möglichkeit vorgesehen, dass ein teilweise fertiggestelltes Laminat an der Aufprallschutzstrebe fixiert wird und anschließend das bereits fixierte Laminat durch weitere zu laminierende Schichten fertiggestellt wird.The object is achieved in a fourth aspect by a method for producing an impact protection arrangement as described herein, the method comprising providing an impact protection strut and further fixing a laminate to the impact protection strut. According to a particular embodiment, the fixing of the laminate takes place on the impact protection strut by means of an adhesive layer. The laminate is preferably provided as a separate component. Alternatively, especially in the case of bonded laminates, it is also possible to fix a partially finished laminate to the impact protection strut and then finish the already fixed laminate with further layers to be laminated.
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. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details will become apparent from the following description in which - where appropriate, with reference to the drawings - at least one embodiment is described in detail. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
Es zeigen:Show it:
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been illustrated and explained in detail by preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples and others Variations may be deduced therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exists. It is also to be understood that exemplified embodiments are really only examples that are not to be construed in any way as limiting the scope, applicability, or configuration of the invention. Rather, the foregoing description and description enable the skilled artisan to practice the exemplary embodiments, and those of skill in the knowledge of the disclosed inventive concept may make various changes, for example, to the function or arrangement of particular elements recited in an exemplary embodiment. without departing from the scope defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanation in the specification.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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