DE60212394T2

DE60212394T2 - Komponententräger-verkleidungseinheit in verbundbauweise für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE60212394T2
Application number: DE60212394T
Authority: DE
Inventors: V. Jack WestBloomfield HENDERSON; J. Keijo Fenton HOUTARI; John St. Clair Shores SCHULTZ; John Charles Farmington Hills CHUBA
Original assignee: Decoma International Inc
Current assignee: Decoma International Inc
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: US6877797B2; DE60212394D1; CA2454343C; EP1406808A1; CA2454343A1; EP1406808B1; US20040174047A1; WO2003008256A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Komponententräger-Verkleidungselement in Verbundbauweise für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Frontend-Einheit eines Kraftfahrzeugs, die Automobilkomponenten integriert, die typischerweise in einem vorderen Abschnitt eines Kraftfahrzeugs zu finden sind. Eine Komponententräger-Verkleidungseinheit in Verbundbauweise gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der Druckschrift EP 1 036 729 A bekannt.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine Kühlergrillöffnungsverstärkung (GOR) ist eine der wichtigsten Komponenten des Frontendes eines Kraftfahrzeugs. Eine GOR ist ein gegossenes Bauteil, das eine Oberfläche der "Klasse B" aufweist, d.h. eine Oberfläche, die nicht sichtbar ist, wenn das Kraftfahrzeug vollständig zusammengebaut ist. Komponenten wie etwa Kotflügel, Stoßstangenabdeckungen, Kühlergrille, Scheinwerfer u.ä. werden an der GOR montiert. Die GOR stellt Befestigungselemente, Anordnungselemente und eine Strukturunterstützung für die an ihr befestigten Komponenten bereit. Sie stellt ebenfalls einen Zugang zum Ersetzen von Scheinwerferlampen, zu sekundären Motorhaubenentriegelungshebeln und andere Wartungs- und Reparaturnotwendigkeiten bereit.
Die primäre Funktion einer GOR ist, den Endmontagewerken eine kontrollierte und vorhersehbare Frontendverbundstruktur für ihre Kraftfahrzeuge bereitzustellen. Ein Originalhersteller (OEM) nimmt die GOR typischerweise in jeden seiner Entwürfe auf, da die Passung und das Fertigstellen von allen Frontend-Außenkomponenten auf hohem Niveau mit großer Präzision erhalten bleibt. Ein Nachteil des GOR-Designs ist, dass viel von der GOR-Struktur durch eine ähnliche Struktur, nämlich den Lüfterträger, dupliziert ist.
Andere Beispiele für Frontendmodule sind aus der Druckschrift WO 00/18636 A und der Druckschrift DE 199 46 349 A bekannt.
Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß wird ein Verkleidungselement für eine Frontendstruktur, für Aufprallmanagement und für das Anbringen von Komponenten an einem Frontende einer Kraftfahrzeugkarosserie bereitgestellt. Das Verkleidungselement beseitigt die Duplizierung der Struktur bei einer herkömmlichen Lüfterstruktur und der GOR. Das Verkleidungselement kann entweder in einer Karosseriewerkstatt oder in einer Verzierungsapplikation installiert werden. Die Verzierungsapplikation kann außerdem die Integration von zusätzlichen Komponenten ermöglichen: zum Beispiel können Teile wie etwa Scheinwerfer, Blinker, Grille, Lüfter, Abdeckelemente, Flüssigkeitsbehälter und Spoiler zuerst an dem Verkleidungselement montiert werden, wodurch ein Frontendmodul gebildet ist, das dann an der Karosserie angebracht wird. Daher hat das Verkleidungselement keinen Einfluss auf eine herkömmliche Karosseriewerkstattsfertigung, sondern hat viel wichtiger die Flexibilität der Added Part Consolidation.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Vorteile der Erfindung werden einfach ersicht lich, da sie mit Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden, wenn sie in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung in Betracht gezogen werden.
1 zeigt eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Perspektivansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung in vollständiger Form.
3 zeigt eine teilweise abgebrochene Perspektivansicht der ersten Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine teilweise abgebrochene Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt eine teilweise abgebrochene Perspektivansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt eine teilweise abgebrochene Perspektivansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
7 zeigt eine Perspektivansicht einer fünften Ausführungsform der Erfindung.
8 zeigt eine Perspektivansicht der fünften Ausführungsform der Erfindung in vollständiger Form.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Wie in den Figuren dargestellt ist, in denen ähnliche, mit einem Strichindex versehene Bezugszeichen ähnliche Elemente in verschiedenen Ausführungsformen wiedergeben, ist eine Verkleidungseinheit der vorliegenden Erfindung im allgemeinen mit 10 bezeichnet. Die Verkleidungseinheit 10 ist ein offener Strukturrahmen, der einen oberen Abschnitt 12 und einen unteren Abschnitt 14 aufweist. Der untere Abschnitt 14 umfasst ein Querelement 16 und zwei Seitenelemente 18, 20, die eine U-Form erzeugen. Sowohl der obere Abschnitt 12 als auch der untere Abschnitt 14 weist einen Kern 22 und eine Außenhaut bzw. Ummantelung 24 auf. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Kern 22 aus Balsaholz hergestellt und die Ummantelung 24 aus einer Faserharzmatrix, wie etwa einer Karbonfaser, hergestellt. Der Balsaholzkern 22 wird in eine Form eingegeben, die danach mit der Karbonfaser umspritzt wird. Die Karbonfaserummantelung 24 ist auf den Balsakern 22 aufgebracht und dient als Dehnelement in Aufprallsituationen.
Der obere Abschnitt 12 definiert eine Länge 26, die sich zwischen einem Fahrerende 28 und einem Beifahrerende 30 erstreckt. Die Länge 26 erstreckt sich in der bevorzugten Ausführungsform entlang einem nicht-linearen Pfad. Sowohl das Fahrerende 28 als auch das Beifahrerende 30 umfassen Anschlussverbindungen 32, 34, die am besten in 7 zu erkennen sind. Die Anschlussverbindungen 32, 34 werden nachfolgend im Detail diskutiert.
Der untere Abschnitt 14 erstreckt sich zwischen einem oberen Fahrerende 36 und einem oberen Beifahrerende 38. Genauer gesagt endet ein Seitenelement 20 der Seitenelemente 18, 20 an dem oberen Fahrerende 36 und das andere Seitenelement 18 der Seitenelemente 18, 20 endet an dem oberen Beifahrerende 38. Das obere Fahrerende 36 und das obere Beifahrerende 38 sind fest in der Länge 26 des oberen Abschnitts 12 zwischen dem Fahrerende 28 und dem Beifahrerende 30 davon befestigt.
Wie in 3 detailliert dargestellt ist, ist die Karbonfaserummantelung 24 in einen teilweisen C-Abschnitt geformt. Der C-Abschnitt ermöglicht eine erhöhte Strukturfestigkeit und fördert das Wet-out bei dem Gussvorgang. Die Karbonfaserummantelung 24 umfasst einen ersten Ummantelungsabschnitt 40 und einen zweiten Ummantelungsabschnitt 42, die gemeinsam den Kern 22 umhüllen. Dieser Herstellungsvorgang erfolgt durch Gießen bzw. Spritzgießen, wie voranstehend erwähnt wurde.
Die Verkleidungseinheit 10 wird in ein Presswerkzeug eingegeben, wodurch ermöglicht wird, in eine in 2 dargestellte Komponentenmontagestruktur 44 komplizierte Formen und Anbringungsmerkmale einzugießen. Nachdem die Verkleidungseinheit 10 in das Werkzeug eingefügt ist, füllt ein mit thermoplastischem Kunststoff/Glas verstärktes Material die Form durch einen Formpress- oder Spritzgussvorgang. Während des Gießvorgangs befindet sich das mit thermoplastischem Kunststoff/Glas verstärkte Material im wesentlichen in einem flüssigen Zustand, was eine vollständige Materialverteilung und Wet-out der Verkleidungseinheit 10 ermöglicht. Diese voranstehend erwähnten Vorgänge dienen zwei Hauptfunktionen: Erstens werden die Karbonfaserummantelung 24 und der Balsaholzkern 22 vollständig mit einer Strukturummantelung 46 verkapselt (Kastenquerschnitt), zweitens kann die Modulbildung der Scheinwerfer-, Verkleidungs-, Kühlergrill-, Lüfter- und Karosseriestrukturanbringungen entfernt von der Kraftfahrzeugmontage ausgeführt werden.
Berechnungen können zeigen, dass die Eigenschaften der zusammengebauten Verkleidungseinheit, insoweit sie die Fahrzeugsteifigkeit und Unfalltüchtigkeit betreffen, ihren Gegenübern aus Stahlstrukturen weit überlegen sind. Die Eigenschaften des Massenträgheitsmoments in der Z-Richtung für die Verkleidungseinheit 10, z.B. in der Rich tung eines Aufpralls, erreichen wesentliche Verbesserungshöhen im Vergleich zu den Eigenschaften des gerichteten Massenträgheitsmoments beim Aufprall bei der Stahlstruktur.
Es wurde ein Test durchgeführt mit dem Kriterium einer Lasteingabe basierend auf einem 4.500 Pound-Kraftfahrzeug, das einem Aufprall eines verformbaren Hindernisses mit 40 % Versatz bei 40 Meilen pro Stunde ausgesetzt ist. Dieser Test lieferte eine resultierende Punktlast (versetzt von der Mittellinie des Fahrzeugs) von 50.000 Pounds. Aufgrund der äußersten Dehnungsfestigkeit von Stahl, der der Belastung durch die Lastbedingungen ausgesetzt ist, lieferten die Ergebnisse ein katastrophales Versagen der Lüfterstruktur aus Stahl. Der Vergleich der Biegung und Belastung zwischen der Verkleidungseinheit 10 und der Lüfterstruktur aus Stahl zeigt, dass die Verkleidungseinheit 10 die Kraftfahrzeugsteifigkeit und Unfalltauglichkeit wesentlich verbessert.
Eine zusätzliche Aufprallenergieeigenschaft der Verkleidungseinheit 10 ist das Design der Anschlussverbindungen 32, 34 an den Shotgun-Rails bzw. Längsträgern (nicht dargestellt). Die Anschlussverbindungen 32, 34, die in 7 dargestellt sind, halten die Shotgun-Rails des Kraftfahrzeugs und sind mit einem Durchgangsbolzen verbunden, wodurch sie die beiden oberen Shotgun-Rails koppeln. Bei einem versetzten Unfall mit hoher Geschwindigkeit ähnlich zu dem voranstehend diskutierten ermöglicht die Kopplung der oberen Shotgun-Rails, dass die Aufprallenergie auf jeder Seite des Kraftfahrzeugs dissipiert wird.
Letztlich, in Bezug auf das Energiemanagement, ist die Verkleidungseinheit 10 vorteilhaft bezüglich des Fußgängerschutzes ("oberes Bein, unterer Torso auf Kühlergrill/Motorhaube"-Aufprall). Diese Vorteile sind der Sandwich-Konstruktion der Verkleidungseinheit 10 zuzuordnen, da sie die Möglichkeit hat, lokale Lasten und Belastungen über einen großen Bereich zu verteilen. Dies ergibt einen niedrigeren HIC (Head Impact Criteria (Kopfaufprallkriterium))-Wert beim Fußgängeraufprall.
Ein Massenvergleich der Verkleidungseinheit 10 und der Lüfterstruktur aus Stahl für ein herkömmliches Passagierfahrzeug, wie etwa ein Mittelklassekraftfahrzeug (ein Familienfahrzeug) ergibt die folgenden Ergebnisse: die Lüfterstruktur aus Stahl (nur oberer Trägerabschnitt) wiegt 6,6 Pounds im Vergleich zu 5,33 Pounds der Verkleidungseinheit 10. Das ungefähre Gesamtgewicht der Lüfterstruktur aus Stahl und der Verkleidungseinheit 10, ohne Scheinwerferbehälter und integrierte Luftleitbleche, ist 15,5 bzw. 8,14 Pounds. Daher stehen die Verbesserungen durch die Reduzierung des Gewichts des Kraftfahrzeugs den Verbesserungen durch die Energiedissipation in nichts nach.

Claims

Verkleidungseinheit (10), die an einem Frontende eines Kraftfahrzeugs befestigbar ist, zum Anordnen und Befestigen einer Mehrzahl von Elementen daran, mit: einem oberen Abschnitt (12), der eine sich zwischen einem Fahrerende (28) und einem Beifahrerende (30) erstreckende Länge definiert, einem unteren Abschnitt (14), der sich zwischen einem oberen Fahrerende (36) und einem oberen Beifahrerende (38) erstreckt, wobei das obere Fahrerende und das obere Beifahrerende fest an der Länge des oberen Abschnitts (12) befestigt sind, und einer Komponentenmontagestruktur, die an die Außenseite (24) des oberen (12) und des unteren Abschnitts (14) angeformt ist, wobei die Komponentenbefestigungsstruktur (44) dazu ausgelegt ist, die daran befestigte Mehrzahl von Elementen so in einem beabstandeten Verhältnis aufzuweisen, dass die Verkleidungseinheit (10) an dem Kraftfahrzeug mit der an der Verkleidungseinheit befestigten Mehrzahl von Elementen montiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der obere (12) und der untere Abschnitt (14) jeweils eine geformte Außenhaut bzw. Ummantelung (24) umfassen, die einen Kern (22) umschließt, und dass die Komponentenmontagestruktur (44) einen Flansch aufweist, der sich weg von dem Kern erstreckt.
Verkleidungseinheit nach Anspruch 1, bei der die Außenhaut (24) einen ersten Außenhautabschnitt (40) und einen zweiten Außenhautabschnitt (42) umfasst, wobei der erste Außenhautabschnitt (40) einen Abschnitt des Kerns (22) bedeckt und der zweite Außenhautabschnitt (42) mit dem ersten Außenhautabschnitt (40) zusammenwirkt und den Kern (22) umschließt.
Verkleidungseinheit nach Anspruch 2, bei der der Kern (22) aus Balsaholz hergestellt ist.
Verkleidungseinheit nach Anspruch 3, bei der die Außenhaut (24) Kohlefaserverbundstoff umfasst.
Verkleidungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der erste Außenhautabschnitt (40) den Flansch umfasst.
Verkleidungseinheit nach Anspruch 5, bei der der zweite Außenhautabschnitt (42) den Flansch umfasst.
Verkleidungseinheit nach Anspruch 6, bei der der obere Abschnitt (12) Anschlussverbindungen (32, 34) umfasst, die an dem Fahrerende (28) und dem Beifahrerende (30) angeordnet sind.