DE102015225760A1

DE102015225760A1 - Carrier element, motor vehicle with a carrier element and method for producing a carrier element

Info

Publication number: DE102015225760A1
Application number: DE102015225760.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Burja; Martin Gamboni; Frank Lehner; Thomas Schneidewind
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-22

Abstract

Ein Trägerelement aus einem Faserverbundwerkstoffkörper (2; 102), der zumindest abschnittsweise verstärkt ist, wobei zur Verstärkung zumindest ein Verstärkungselement (3; 103; 103') mit dem Faserverbundwerkstoffkörper (2; 102) verbunden ist, zeichnet sich dadurch aus, dass das zumindest eine Verstärkungselement aus einem duktil verformbaren Werkstoff, insbesondere aus Metall, gebildet ist und dass der Faserverbundwerkstoffkörper (2; 102) im Bereich der Enden des zumindest einen Verstärkungselements (3; 103; 103') und/oder in einem Bereich (104) zwischen zwei benachbarten Verstärkungselementen (103') mit einer höheren Bruchfestigkeit versehen ist als in jenem Bereich, in dem der Faserverbundwerkstoffkörper (2; 102) mit dem Verstärkungselement (3; 103; 103') verbunden ist.A reinforcing element (3, 103, 103 ') connected to the fiber composite material body (2, 102) for reinforcing purposes is characterized in that at least one support element consists of a fiber composite body (2; 102) which is reinforced at least in sections a reinforcing element is formed of a ductile deformable material, in particular of metal, and in that the fiber composite body (2; 102) in the region of the ends of the at least one reinforcing element (3; 103; 103 ') and / or in a region (104) between two adjacent reinforcing elements (103 ') is provided with a higher breaking strength than in that region in which the fiber composite body (2; 102) is connected to the reinforcing element (3; 103; 103').

Description

TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft ein Trägerelement aus einem Faserverbundwerkstoffkörper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Trägerelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Trägerelements. The invention relates to a carrier element made of a fiber composite body according to the preamble of claim 1. It further relates to a motor vehicle with such a carrier element and a method for producing such a carrier element.

Die Verwendung von Faserverbundwerkstoffen für tragende Elemente von Kraftfahrzeugen ist unter dem Aspekt des Leichtbaus sehr vorteilhaft. Faserverbundwerkstoffe, insbesondere Kohlefaser-Verbundwerkstoffe (CFK), besitzen die Eigenschaft einer hohen Festigkeit bezogen auf die Masse des Faserverbundwerkstoffs, weisen jedoch ein sprödes Bruchverhalten auf. Insbesondere dann, wenn es erforderlich ist, von extern einwirkende mechanische Energie durch plastische Deformation eines Trägerelements abzubauen, sind Trägerelemente aus Faserverbundwerkstoff nicht einsetzbar. Bei derartigen Trägerelementen aus Faserverbundwerkstoff kommt es aufgrund des spröden Bruchverhaltens schnell zu einem Versagensbruch, wobei die extern einwirkende Energie nur geringfügig abgebaut wird. The use of fiber composites for structural elements of motor vehicles is very advantageous in terms of lightweight construction. Fiber composites, especially carbon fiber composites (CFRP), have the property of high strength based on the mass of the fiber composite, but have a brittle fracture behavior. In particular, when it is necessary to reduce externally acting mechanical energy by plastic deformation of a carrier element, carrier elements made of fiber composite material can not be used. In such carrier elements made of fiber composite, it is due to the brittle fracture behavior quickly to a failure failure, the externally applied energy is only slightly degraded.

Insbesondere im Bereich des Dachrahmens eines Kraftfahrzeugs ist es jedoch erforderlich, beispielsweise aufgrund der IIHS-Prüfvorschriften für den Dachdrücktest, bei auf den Dachrahmen einwirkenden hohen Kräften (beispielsweise des Vierfachen des Fahrzeuggewichts) eine Verformung des Dachrahmens um eine vorgegebene Strecke (zum Beispiel 127 mm) zu erzielen. However, especially in the area of the roof frame of a motor vehicle, it is necessary, for example, due to the IIHS test regulations for Dachdrücktest, with acting on the roof frame high forces (for example, four times the vehicle weight) deformation of the roof frame by a predetermined distance (for example, 127 mm) to achieve.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

Aus der WO 2014/040832 A1 ist ein Fahrzeugseitenteil mit integriertem Dachrahmen bekannt, welches aus einer Außenschale und einer Innenschale besteht, die über zwei Flansche miteinander verbunden sind. Im Inneren des dabei ausgebildeten hohlen Dachrahmens ist als Verstärkung des Dachrahmens ein Rohr angeordnet, das ebenfalls aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Dabei wird die Biegesteifigkeit des eingelegten Rohres zur Verstärkung des Dachrahmens ausgenutzt. From the WO 2014/040832 A1 a vehicle side member with integrated roof frame is known, which consists of an outer shell and an inner shell, which are interconnected via two flanges. In the interior of the case formed hollow roof frame a pipe is arranged as reinforcement of the roof frame, which also consists of a fiber composite material. The bending stiffness of the inserted tube is used to reinforce the roof frame.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG PRESENTATION OF THE INVENTION

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Trägerelement aus einem Faserverbundwerkstoffkörper, insbesondere aus Kohlefaser-Verbundwerkstoff (CFK), anzugeben, das in der Lage ist, auf den Träger einwirkende mechanische Energie durch Deformation abzubauen. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Trägerelements anzugeben. The object of the present invention is to provide a carrier element made of a fiber composite body, in particular of carbon fiber composite material (CFRP), which is capable of reducing mechanical energy acting on the carrier by deformation. Furthermore, it is an object of the present invention to provide a method for producing such a carrier element.

Der auf das Trägerelement gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein Trägerelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. The directed onto the support member of the object is achieved by a support member having the features of claim 1.

Ein Trägerelement aus einem Faserverbundwerkstoffkörper, der zumindest abschnittsweise verstärkt ist, wobei zur Verstärkung zumindest ein Verstärkungselement mit dem Faserverbundwerkstoffkörper verbunden ist, zeichnet sich dadurch aus, dass das zumindest eine Verstärkungselement aus einem duktil verformbaren Werkstoff, insbesondere aus Metall, gebildet ist und dass der Faserverbundwerkstoffkörper im Bereich der Enden des zumindest einen Verstärkungselements und/oder in einem Bereich zwischen zwei benachbarten Verstärkungselementen mit einer höheren Bruchfestigkeit versehen ist als in jenem Bereich, in dem der Faserverbundwerkstoffkörper mit dem Verstärkungselement verbunden ist. A carrier element made of a fiber composite body which is reinforced at least in sections, wherein at least one reinforcing element is connected to the fiber composite body for reinforcement, is characterized in that the at least one reinforcing element is formed of a ductile deformable material, in particular of metal, and that the fiber composite body is provided in the region of the ends of the at least one reinforcing element and / or in a region between two adjacent reinforcing elements with a higher breaking strength than in the region in which the fiber composite body is connected to the reinforcing element.

VORTEILE ADVANTAGES

Durch die Ausbildung des zumindest einen Verstärkungselements aus einem duktil verformbaren Werkstoff und die Ausbildung des Faserverbundwerkstoffkörpers mit einer höheren Bruchfestigkeit zwischen zwei benachbarten Verstärkungselementen und/oder im Bereich der Enden des zumindest einen Verstärkungselements wird erreicht, dass beim Aufbringen einer großen Kraft auf das Trägerelement Versagensbrüche des gegenüber dem Verstärkungselement spröderen Faserverbundwerkstoffs stets zunächst im Bereich eines Verstärkungselements auftreten, woraufhin sich das Verstärkungselement zur weiteren Energieaufnahmen duktil verformen kann. Im Bereich der Verformung des Verstärkungselements wird bei einem Bruch des Faserverbundwerkstoffkörpers somit eine Art Gelenk ausgebildet, in dem die von außen einwirkende Energie in eine plastische Verformung des Verstärkungselements umgewandelt wird. The formation of the at least one reinforcing element of a ductile deformable material and the formation of the fiber composite body with a higher breaking strength between two adjacent reinforcing elements and / or in the region of the ends of the at least one reinforcing element ensures that, when a large force is applied to the carrier element, failure fractures of the always initially occur in the region of a reinforcing element relative to the reinforcing element brittle fiber composite material, after which the reinforcing element can deform ductile for further energy absorption. In the region of the deformation of the reinforcing element, a kind of joint is thus formed at a fraction of the fiber composite body, in which the energy acting from the outside is converted into a plastic deformation of the reinforcing element.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Trägerelements sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 10. Further preferred and advantageous design features of the carrier element according to the invention are the subject of the dependent claims 2 to 10.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Faserverbundwerkstoffkörper im Bereich des zumindest einen Verstärkungselements mit zumindest einer Sollbruchstelle versehen ist. Hierdurch kann gezielt der Ort des Bruchversagens des Faserverbundwerkstoffkörpers vorgegeben werden, so dass gewährleistet ist, dass der Versagensbruch an einer definierten Stelle im Bereich des Verstärkungselements auftritt und dass sich das Verstärkungselement genau an dieser Stelle verbiegen kann. It is particularly advantageous if the fiber composite material body is provided with at least one predetermined breaking point in the region of the at least one reinforcing element. In this way, the location of the breakage failure of the fiber composite material body can be specified in a targeted manner, so that it is ensured that the failure break occurs at a defined point in the region of the reinforcing element and that the reinforcing element can bend precisely at this point.

Vorzugsweise ist der Faserverbundwerkstoffkörper als Hohlkörper ausgebildet, der im Bereich des zumindest einen Verstärkungselements mit inneren Rippen versehen ist, die das zumindest eine Verstärkungselement haltern. Preferably, the fiber composite body is formed as a hollow body which is provided in the region of the at least one reinforcing element with inner ribs which support the at least one reinforcing element.

Vorzugsweise ist das zumindest eine Verstärkungselement von einem Metallprofilteil gebildet, wodurch die besonders gute Duktilität von Metallen für einen Energieabbau durch plastische Verformung des Metallprofilteils ausgenutzt werden kann. Preferably, the at least one reinforcing element is formed by a metal profile part, whereby the particularly good ductility of metals can be exploited for energy dissipation by plastic deformation of the metal profile part.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das zumindest eine Verstärkungselement aus einem Stahlwerkstoff besteht, was es ermöglicht, die besonders gute Duktilität von Stahl zu nutzen. Furthermore, it is advantageous if the at least one reinforcing element consists of a steel material, which makes it possible to use the particularly good ductility of steel.

Besonders von Vorteil ist es, wenn das zumindest eine Verstärkungselement in den Faserverbundwerkstoffkörper eingeschlossen, insbesondere einlaminiert, ist. It is particularly advantageous if the at least one reinforcing element is enclosed, in particular laminated, in the fiber composite body.

Dabei wird es bevorzugt, wenn das Metallprofilteil ein Metallrohr ist. Dadurch wird zusätzlich die besonders gute Biegesteifigkeit der Rohrform ausgenutzt. It is preferred if the metal profile part is a metal tube. As a result, the particularly good flexural rigidity of the tubular shape is additionally utilized.

Vorzugsweise erstreckt sich das Verstärkungselement durch das gesamte Trägerelement, beispielsweise als durchgehendes Metallrohr. Preferably, the reinforcing element extends through the entire carrier element, for example as a continuous metal tube.

Alternativ kann es von Vorteil sein, wenn das Trägerelement eine Mehrzahl von Verstärkungselementen aufweist, die voneinander beabstandet sind. Die Verstärkungselemente, die in Längsrichtung des Trägerelements mit Abstand zueinander hintereinander angeordnet sind, bilden dann eine Kette von potentiellen Gelenken, die beim Auftreten von Versagensbrüchen des Faserverbundwerkstoffkörpers entstehen. Alternatively, it may be advantageous if the carrier element has a plurality of reinforcing elements, which are spaced from each other. The reinforcing elements, which are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the carrier element at a distance from each other, then form a chain of potential joints, which arise in the event of failure fractures of the fiber composite body.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägerelements ist der Faserverbundwerkstoffkörper aus Kohlefaserverbundwerkstoff gebildet oder weist diesen auf. In a particularly advantageous embodiment of the carrier element according to the invention, the fiber composite body is formed from carbon fiber composite material or has this on.

Die Erfindung ist auch gerichtet auf ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Trägerelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen bestehen Anforderungen an eine plastische, also duktile, Verformung von Trägerelementen, die gezielt zum Abbau von kinetischer Energie vorgesehen sind. Diese Anforderungen werden durch das erfindungsgemäße Trägerelement erfüllt. The invention is also directed to a motor vehicle having at least one carrier element according to one of the preceding claims. Especially in motor vehicles, there are requirements for a plastic, ie ductile, deformation of carrier elements, which are intended specifically for the reduction of kinetic energy. These requirements are met by the carrier element according to the invention.

Ein besonders vorteilhafter Einsatz des erfindungsgemäßen Trägerelements liegt dann vor, wenn das zumindest eine Trägerelement zumindest einen Teil eines Dachrahmens des Kraftfahrzeugs bildet. Insbesondere der vorgeschriebene Dachdrücktest kann durch einen solchen Einsatz des Trägerelements auch bei Faserverbundwerkstoffkonstruktionen, insbesondere aus CFK, erfüllt werden. A particularly advantageous use of the carrier element according to the invention is present when the at least one carrier element forms at least a part of a roof frame of the motor vehicle. In particular, the prescribed Dachdrücktest can be met by such use of the support member in fiber composite structures, in particular CFRP.

Ein weiterer bevorzugter Einsatz besteht darin, dass das zumindest eine Trägerelement zumindest einen Teil einer Dachsäule des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel der A-Säule oder der C-Säule, bildet. Another preferred use is that the at least one support element forms at least part of a roof pillar of the motor vehicle, for example the A-pillar or the C-pillar.

Schließlich ist die Erfindung auch gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Trägerelements bei welchem der Faserverbundwerkstoffkörper in einem Presswerkzeug durch Fließpressen eines Faserverbund-Halbzeugs gebildet wird, wobei das zumindest eine Verstärkungselement vor dem Pressvorgang zusammen mit dem Faserverbund-Halbzeug in das Presswerkzeug eingelegt und beim Pressvorgang mit diesem verbunden wird. Dieses Fertigungsverfahren ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von erfindungsgemäß ausgestalteten Trägerelementen und von mit solchen Trägerelementen ausgestatteten Kraftfahrzeugen. Finally, the invention is also directed to a method for producing a carrier element according to the invention in which the fiber composite body is formed in a pressing tool by extrusion of a fiber composite semi-finished, wherein the at least one reinforcing element inserted before pressing together with the fiber composite semi-finished in the pressing tool and the Pressing process is connected with this. This manufacturing method allows a cost-effective production of inventively designed carrier elements and equipped with such support elements motor vehicles.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Preferred embodiments of the invention with additional design details and other advantages are described below with reference to the accompanying drawings and described.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Es zeigt: It shows:

1A ein vereinfachtes Beispiel eines erfindungsgemäßen Trägerelements; 1A a simplified example of a carrier element according to the invention;

1B das Trägerelement aus 1A, in Längsrichtung geschnitten; 1B the support element 1A cut in the longitudinal direction;

1C Das Trägerelement aus 1A und 1B nach einem Belastungstest; 1C The carrier element 1A and 1B after a stress test;

2 einen als erfindungsgemäßes Trägerelement ausgebildeten Dachrahmen eines Kraftfahrzeugs in einer ersten Ausführungsform und 2 a designed as a support element according to the invention roof frame of a motor vehicle in a first embodiment and

3 einen als erfindungsgemäßes Trägerelement ausgebildeten Dachrahmen eines Kraftfahrzeugs in einer zweiten Ausführungsform. 3 a trained as a support element according to the invention roof frame of a motor vehicle in a second embodiment.

DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN PRESENTATION OF PREFERRED EMBODIMENTS

1A zeigt ein erfindungsgemäßes Trägerelement 1, das im gezeigten Beispiel als T-Träger ausgebildet ist. Dieses Trägerelement 1 ist im Bereich seiner längsseitigen Enden in jeweils einem Stützkörper S, S' zur Durchführung eines Belastungstests gelagert. 1A shows a carrier element according to the invention 1 , which is formed in the example shown as a T-beam. This carrier element 1 is stored in the region of its longitudinal ends in each case a supporting body S, S 'for carrying out a load test.

Das Trägerelement 1 weist einen Faserverbundwerkstoffkörper 2 auf, der den Strukturkörper des gezeigten T-Trägers bildet. Dieser Faserverbundwerkstoffkörper 2 weist ein oberes, im Wesentlichen horizontal verlaufendes erstes Trägerteil 20 und ein im Wesentlichen vertikal verlaufendes zweites Trägerteil 22 auf, das sich vom ersten Trägerteil 20 nach unten erstreckt. The carrier element 1 has a fiber composite body 2 on, which forms the structural body of the T-beam shown. This fiber composite body 2 has an upper, substantially horizontally extending first carrier part 20 and a substantially vertically extending second support member 22 on, that is from the first carrier part 20 extends downwards.

Auf dem oberen horizontalen ersten Trägerteil 20 des T-förmigen Faserverbundwerkstoffkörpers 2 ist in 1 eine in Längsrichtung ausgedehnte längliche Wölbung 24 zu erkennen. Im Längsschnitt der 1B ist zu sehen, dass die Wölbung 24 durch ein in den T-förmigen Faserverbundwerkstoffkörper 2 mittig eingelassenes hohles, rohrförmiges Verstärkungselement 3 aus einem duktil verformbaren Werkstoff hervorgerufen wird. Dieses rohrförmige Verstärkungselement 3 ist an seinen Längsenden abgeplattet. Eine obere Lage 25 aus Faserverbundwerkstoff fixiert das rohrförmige Verstärkungselement 3 gegenüber der oberen horizontalen Fläche 20 des Faserverbundwerkstoffkörpers 2, so dass das rohrförmige Verstärkungselement 3 in den Faserverbundwerkstoffkörper 2 des Trägerelements 1 integriert ist. Das Verstärkungselement 3 ist vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise aus Stahl, gebildet. On the upper horizontal first support part 20 of the T-shaped fiber composite body 2 is in 1 a longitudinal elongated bulge 24 to recognize. In longitudinal section of the 1B you can see that the bulge 24 by a into the T-shaped fiber composite body 2 hollow recessed hollow tubular reinforcing element 3 is caused by a ductile deformable material. This tubular reinforcing element 3 is flattened at its longitudinal ends. An upper layer 25 made of fiber composite material fixes the tubular reinforcing element 3 opposite the upper horizontal surface 20 of the fiber composite body 2 so that the tubular reinforcing element 3 in the fiber composite body 2 the carrier element 1 is integrated. The reinforcing element 3 is preferably formed of a metal, for example of steel.

Unterhalb des rohrförmigen Verstärkungselements 3 ist das vertikale Trägerteil 22 des T-förmigen Faserverbundwerkstoffkörpers 2 an seiner unteren, freien Kante mit einer Ausnehmung 26 versehen, die den Faserverbundwerkstoffkörper 2 an dieser Stelle schwächt und eine Sollbruchstelle bildet. Below the tubular reinforcing element 3 is the vertical support part 22 of the T-shaped fiber composite body 2 at its lower, free edge with a recess 26 provided that the fiber composite body 2 weakens at this point and forms a predetermined breaking point.

Wird auf das in den 1A und 1B gezeigte Trägerelement 1 eine nach unten gerichtete Druckkraft F ausgeübt, die zu einem Biegemoment in dem an seinen Enden auf den Stützkörpern S, S' gelagerten Trägerelement 1 führt, so ist das Trägerelement 1 bestrebt, sich nach unten durchzubiegen. Aufgrund der nahezu nicht vorhandenen Duktilität und des spröden Bruchverhaltens des Faserverbundwerkstoffkörpers 2 wird dieser an seiner schwächsten Stelle, also im Bereich der von der Ausnehmung 26 gebildeten Sollbruchstelle, brechen, wie in 1C dargestellt ist. Genau an dieser Stelle ist jedoch das rohrförmige Verstärkungselement 3 in den Faserverbundwerkstoffkörper 2 einlaminiert. Da dieses rohrförmige Verstärkungselement 3 duktil verformbar ist, wird das Verstärkungselement 3 nicht reißen, sondern sich verbiegen oder knicken, wobei es den gerissenen Faserverbundwerkstoffkörper 2 zusammenhält. Will on the in the 1A and 1B shown carrier element 1 a downward pressure force F exerted, which at a bending moment in the at its ends on the support bodies S, S 'mounted carrier element 1 leads, so is the support element 1 anxious to bend down. Due to the almost non-existent ductility and the brittle fracture behavior of the fiber composite body 2 this is at its weakest point, ie in the area of the recess 26 formed breaking point, break, as in 1C is shown. Exactly at this point, however, is the tubular reinforcing element 3 in the fiber composite body 2 laminated. As this tubular reinforcing element 3 becomes ductile, becomes the reinforcing element 3 Do not tear, but bend or buckle, taking the cracked fiber composite body 2 holds together.

Eine bevorzugte Anwendung dieses in den 1A bis 1C prinzipiell gezeigten Trägerelements 1 ist die Ausgestaltung eines das Trägerelement bildenden Dachrahmens 101 eines Kraftfahrzeugs 100, wie er in den 2 und 3 dargestellt ist. A preferred application of this in the 1A to 1C in principle shown carrier element 1 is the embodiment of a roof frame forming the support element 101 of a motor vehicle 100 as he is in the 2 and 3 is shown.

Der Dachrahmen 101 ist als Hohlkörper 102 aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet, wobei im Inneren des Hohlkörpers 102 voneinander beabstandete Versteifungsrippen 110 zur Aussteifung des hohlen Dachrahmens 101 vorgesehen sind. In dem Abschnitt des Dachrahmens 101, der in die A-Säule 101' des in 2 gezeigten Fahrzeugs 100 übergeht, ist der Dachrahmen 101 als erfindungsgemäßes Trägerelement ausgebildet. Dazu ist im Inneren des Hohlkörpers 102 des Dachrahmens 101 ein durchgehendes rohrförmiges Verstärkungselement 103 vorgesehen, welches in entsprechende Öffnungen der dortigen Versteifungsrippen 110' eingeführt ist und so durch die Versteifungsrippen 110' im Inneren des Hohlkörpers 102 des Dachrahmens 101 und der A-Säule 101' fixiert ist. Das rohrförmige Verstärkungselement 103, das beispielsweise ein Metallrohr ist, kann an seinem unteren Ende mit metallischen Komponenten der A-Säule oder anderen Teilen der Karosserie fest verbunden sein und erstreckt sich durch die A-Säule hinauf in den Dachbereich und innerhalb des Dachrahmens 101 bis in den Bereich der B-Säule 101''. Das rohrförmige Verstärkungselement 103 kann sich auch darüber hinaus bis in den hinteren Bereich des Daches erstrecken und beispielsweise durch die (in den Fig. nicht gezeigte) C-Säule beziehungsweise bei Kombifahrzeugen die D-Säule wieder in den unteren Bereich der Karosserie hinunter erstrecken. The roof frame 101 is as a hollow body 102 formed from a fiber composite material, wherein in the interior of the hollow body 102 spaced apart stiffening ribs 110 for stiffening the hollow roof frame 101 are provided. In the section of the roof frame 101 in the A-pillar 101 ' of in 2 shown vehicle 100 goes over, is the roof frame 101 designed as a carrier element according to the invention. This is inside the hollow body 102 of the roof frame 101 a continuous tubular reinforcing element 103 provided, which in corresponding openings of the local stiffening ribs 110 ' is introduced and so through the stiffening ribs 110 ' inside the hollow body 102 of the roof frame 101 and the A-pillar 101 ' is fixed. The tubular reinforcing element 103 , which is a metal pipe, for example, may be fixedly connected at its lower end with metallic components of the A-pillar or other parts of the body and extends through the A-pillar up into the roof area and within the roof frame 101 into the area of the B-pillar 101 '' , The tubular reinforcing element 103 can also extend beyond the rear of the roof and extend, for example, by the (not shown in the figures) C-pillar or combined vehicles, the D-pillar back down into the lower region of the body.

Eine alternative Ausführungsform des in 2 dargestellten Dachrahmens 101 ist in 3 gezeigt. Der dortige Dachrahmen 101 ist in derselben Weise aufgebaut wie der Dachrahmen 101 der 2, wobei jedoch im Beispiel der 3 kein durchgehendes Rohr als Verstärkungselement vorgesehen ist, sondern eine Mehrzahl in Längserstreckungsrichtung der A-Säule 101' und des Dachrahmens 101 voneinander beabstandet angeordneten rohrförmigen Verstärkungselementen 103'. Auch diese rohrförmigen Verstärkungselemente 103' sind aus einem duktil verformbaren Material, beispielsweise aus Metall, gebildet. An alternative embodiment of the in 2 illustrated roof frame 101 is in 3 shown. The roof frame there 101 is constructed in the same way as the roof frame 101 of the 2 However, in the example of the 3 no continuous tube is provided as a reinforcing element, but a plurality in the longitudinal direction of the A-pillar 101 ' and the roof frame 101 spaced apart tubular reinforcing elements 103 ' , Also, these tubular reinforcing elements 103 ' are formed of a ductile deformable material, such as metal.

Zwischen zwei in Längsrichtung des Dachrahmens 101 voneinander beabstandeten Verstärkungselementen 103' ist jeweils zumindest ein nicht mit einem Verstärkungselement versehener Abschnitt 104 des Dachrahmens 101 beziehungsweise der A-Säule 101' vorgesehen, der sich zwischen zwei benachbarten, nicht mit dem Verstärkungselement 103' verbundenen Verstärkungsrippen 110" erstreckt. In diesem Bereich kann der den Dachrahmen bildende Faserverbundwerkstoffkörper durch zusätzliche Materiallagen des Faserverbundwerkstoffs verstärkt sein und so mit einer höheren Bruchfestigkeit versehen sein als der Bereich des Faserverbundwerkstoffkörpers (Hohlkörper 102), in dem die Verstärkungselemente 103' vorgesehen sind. Between two in the longitudinal direction of the roof frame 101 spaced-apart reinforcing elements 103 ' is at least one not provided with a reinforcing member section 104 of the roof frame 101 or the A-pillar 101 ' provided, extending between two adjacent, not with the reinforcing element 103 ' connected reinforcing ribs 110 ' extends. In this area, the fiber composite body forming the roof frame may be reinforced by additional material layers of the fiber composite material and thus be provided with a higher breaking strength than the area of the fiber composite material Fiber composite body (hollow body 102 ), in which the reinforcing elements 103 ' are provided.

Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlkörper 102 im Bereich der Verstärkungselemente 103' (beziehungsweise in 2 im Bereich des Verstärkungselements 103) mit Sollbruchstellen versehen sein, die dem Hohlkörper 102 in diesem Bereich eine geringere Bruchfestigkeit verleihen als in dem Abschnitt 104, in dem kein Verstärkungselement 103 beziehungsweise 103' vorgesehen ist. Alternatively or additionally, the hollow body 102 in the area of reinforcing elements 103 ' (or in 2 in the region of the reinforcing element 103 ) be provided with predetermined breaking points, which the hollow body 102 give less resistance to fracture in this area than in the section 104 in which no reinforcing element 103 respectively 103 ' is provided.

Wird nun auf dem Dachrahmen 102 eine ausreichend große äußere Druckkraft F ausgeübt, wie das beispielsweise bei einem Dachdrücktest erfolgt, so wird der Faserverbundwerkstoffkörper des Dachrahmens im Bereich der geringeren Bruchfestigkeit, also dort, wo die Verstärkungselemente 103 beziehungsweise 103' vorgesehen sind, aufgrund seines spröden Bruchverhaltens brechen und das Verstärkungselement 103 beziehungsweise 103' wird sich in diesem Bereich duktil verformen, wobei die von außen zugeführte mechanische Energie in die bleibende Verformung des Verstärkungselements 103 beziehungsweise 103' umgewandelt wird. Will now be on the roof frame 102 a sufficiently large external compressive force F exerted, as done for example in a Dachdrücktest, the fiber composite body of the roof frame in the area of lower breaking strength, ie where the reinforcing elements 103 respectively 103 ' are provided, due to its brittle fracture behavior break and the reinforcing element 103 respectively 103 ' will deform in this area ductile, wherein the externally supplied mechanical energy in the permanent deformation of the reinforcing element 103 respectively 103 ' is converted.

Zur Bildung des in den 2 und 3 gezeigten Dachrahmens und des in den 1A bis 1C gezeigten Trägerelements wird das Verstärkungsteil 3, 103, 103', zusammen mit dem Faserverbund-Halbzeug in ein Presswerkzeug eingelegt und vorzugsweise von dem Faserverbund-Halbzeug umschlossen. Im anschließenden Pressvorgang wird dann unter Wärmeeinwirkung durch Fließpressen des Faserverbund-Halbzeugs der Faserverbundwerkstoffkörper mit dem integrierten Verstärkungsteil geschaffen. To form the in the 2 and 3 shown roof frame and in the 1A to 1C shown carrier element is the reinforcing member 3 . 103 . 103 ' , Inserted together with the fiber composite semifinished product in a pressing tool and preferably enclosed by the fiber composite semifinished product. In the subsequent pressing process, the fiber composite material body with the integrated reinforcement part is then created under the effect of heat by extrusion of the fiber composite semifinished product.

Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen. The invention is not limited to the above embodiment, which merely serves to generally explain the essence of the invention. Within the scope of protection, the device according to the invention may also assume other than the above-described embodiments. In this case, the device may in particular have features that represent a combination of the respective individual features of the claims.

Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken. Reference signs in the claims, the description and the drawings are only for the better understanding of the invention and are not intended to limit the scope.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2014/040832 A1 [0004]

Claims

Carrier element made of a fiber composite body ( 2 ; 102 ), which is reinforced at least in sections, wherein at least one reinforcing element ( 3 ; 103 ; 103 ' ) with the fiber composite body ( 2 ; 102 ), characterized in that the at least one reinforcing element ( 3 ; 103 ; 103 ' ) is formed of a ductile deformable material, in particular of metal, and that the fiber composite body ( 2 ; 102 ) in the region of the ends of the at least one reinforcing element ( 3 ; 103 ; 103 ' ) and / or in one area ( 104 ) between two adjacent reinforcing elements ( 103 ' ) is provided with a higher breaking strength than in the region in which the fiber composite body ( 2 ; 102 ) with the reinforcing element ( 3 ; 103 ; 103 ' ) connected is.

Carrier element according to claim 1, characterized in that the fiber composite body ( 2 ) in the region of the at least one reinforcing element ( 3 ) with at least one predetermined breaking point ( 26 ) is provided.

Carrier element according to claim 1 or 2, characterized in that the fiber composite body ( 102 ) is formed as a hollow body which in the region of the at least one reinforcing element ( 103 ; 103 ' ) with inner ribs ( 110 ' ), the at least one reinforcing element ( 103 ; 103 ' ).

Carrier element according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the at least one reinforcing element ( 3 ) in the fiber composite body ( 2 ), in particular laminated.

Carrier element according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one reinforcing element ( 3 ; 103 ; 103 ' ) is formed by a metal profile part.

Carrier element according to claim 5, characterized in that the metal profile part is a metal tube.

Carrier element according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one reinforcing element ( 3 ; 103 ; 103 ' ) consists of a steel material.

Carrier element according to one of the preceding claims, characterized in that the reinforcing element ( 3 ; 103 ) through the entire support element ( 1 ; 101 ' ).

Carrier element according to one of claims 1 to 7, characterized in that the carrier element ( 101 ; 101 ' ) a plurality of reinforcing elements ( 103 ' ) which are spaced from each other.

Carrier element according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber composite body ( 2 ; 102 ) is made of carbon fiber composite material or has this.

Motor vehicle with at least one carrier element ( 101 . 101 ' ) according to any one of the preceding claims.

Motor vehicle according to claim 11, characterized in that the at least one carrier element ( 101 ) forms at least a part of a roof frame of the motor vehicle.

Motor vehicle according to claim 11 or 12, characterized in that the at least one carrier element ( 101 ' ) forms at least part of a roof pillar of the motor vehicle.

Method for producing a carrier element according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the fiber composite body ( 2 ) is formed in a pressing tool by extrusion molding a fiber composite semifinished product, wherein the at least one reinforcing element ( 3 ) is inserted before the pressing process together with the fiber composite semi-finished product in the pressing tool and connected during the pressing process with this.