DE10002499A1 - Frontendmodul für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Frontendmodul für ein Kraftfahrzeug mit einem Frontend-Montageträger (2) zwischen den Kotflügelbänken (3) und mit einem die Längsträger (4) des Kraftfahrzeugs verbindenden Stoßfängerquerträger (5). DOLLAR A Zur Reduzierung der Einzelteile und Verringerung des Gewichtes wird vorgeschlagen, daß der Stoßfängerquerträger (5) und der Montageträger (2) einteilig im Kunststoff-Spritzgußverfahren als Hybridbauteil mit in die Gußform eingelegten Blechteilen (6, 7) hergestellt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Frontendmodul für ein Kraftfahrzeug mit einem Front­ end-Montageträger zwischen den Kotflügelbänken und mit einem die Längsträ­ ger des Kraftfahrzeugs verbindenden Stoßfängerquerträger, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Frontendmoduls.

Der Montageträger in Form des vorderen Abschlusses des Kraftfahrzeugroh­ baus, umfaßt die Verbindung zwischen den Kotflügelbänken ( = obere Längsträ­ ger) mit der Aufnahme des Haubenschlosses, in Längsachse des Fahrzeugs seitlich angeordnete Befestigungen für Scheinwerfer, sowie Anbindungen zu Kotflügeln und Längsträgern sowie die Kühleraufnahme.

Montageträger wurden in der Mehrzahl in der Vergangenheit aus Stahlblech, und in jüngerer Zeit aus Kunststoffen wie Polyamid 6, Polyamid 6.6, Polybutylen­ terephthalat, Polypropylen, Sheet Moulding Compound (SMC), glasmattenver­ stärkten Thermoplasten (GMT) oder langfaserverstärkten Thermoplasten (LFT) gefertigt. Im Fall der metallischen Lösungen stehen im wesentlichen strukturtra­ gende Eigenschaften im Mittelpunkt. Bei Kunststofflösungen liegt das Hauptau­ genmerk hauptsächlich auf einer möglichst einfachen und kostengünstigen Montage. Der Einsatz von Kunststofflösungen wurde ermöglicht durch die Ent­ wicklung wesentlich steiferer Strukturträgersysteme, bestehend aus Längsträ­ gern und Stoßfängerquerträgersystemen.

Der Montageträger (Schloßbrücke, Radiator Support Module) aus Kunststoff vereinfacht die Integration von Funktionsbaugruppen wie Kühler, Scheinwerfer, Haubenschlösser, Befestigungen, etc. durch die Möglichkeiten einfacher und kostengünstiger Formgebung gegenüber einer Stahllösung erheblich.

Montage- und Stoßfängerquerträger werden heute in der Regel als separate Teilmodule betrachtet und damit unabhängig voneinander entwickelt. Die Ent­ wicklungsschwerpunkte Funktionsintegration auf der Seite des Montageträgers und Struktursteifigkeit sowie Energieaufnahme auf der Seite des Stoßfänger­ querträger verhindern durch ihre getrennte Betrachtung eine ausreichende Inte­ gration von Bauteilen und Funktionen und damit einen effizienten und ökonomi­ schen Leichtbau.

Montageträger und Stoßfängerquerträger sind jedoch eng benachbarte Bau­ gruppen, die direkt oder über die Flanschplatten der Längsträger einerseits, und andererseits über die Befestigung der Stoßfängerhaut und des evtl. dahinter liegenden Schaumes miteinander verbunden sind. Die enge Nachbarschaft be­ dingt, daß das Montageträgersystem ebenso kollisionsbedingten Kräften ausge­ setzt ist wie das Stoßfängerquerträgersystem. Zur Verstärkung von Kunststoff­ montageträgern wird deshalb bereits heute optional eine metallische Verbindung horizontal zwischen den Kotflügelbänken eingebracht (oberer Querträger).

Diese Verbindung dient wesentlich der Stabilisierung des Vorderwagens für ei­ nen Aufprall, der dem Test mit einer weichen Barriere entspricht. Ebenfalls op­ tional sind zusätzliche vertikale Blechverstärkungen des Kunststoffträgers zwi­ schen dem oberen Querträger und den Längsträgern möglich.

Daneben ergibt sich für den Stoßfängerquerträger die Notwendigkeit zur Funkti­ onsintegration, u. a. im Hinblick auf die Fixierung der Stoßfängerhaut, der Befe­ stigung der Scheinwerfer und Nebelscheinwerfer, der Scheinwerferwaschdüsen, der Integration von Abstands- und Crashsensorik, des Horns, sowie der Befesti­ gung von Elementen für den Fußgängerschutz wie Energieabsorptionsschäu­ men und Spoilerversteifungen.

Um beide Merkmale, nämlich Funktionsintegration des Kunststoffs und Steifig­ keit der Metallstruktur miteinander zu kombinieren, verfolgt man in jüngerer Ver­ gangenheit den Ansatz spritzgegossene oder gepreßte Kunststoffträger mit Verstärkungen aus Metall zu versehen. Diese Verstärkungen werden in der Re­ gel aufgeklebt, aufgenietet oder aufgeschraubt. Eine moderne Möglichkeit zur Kombination beider Werkstoffmerkmale ist die direkte Herstellung durch Einfor­ men eines metallischen Bleches bei der Kunststofformgebung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Frontendmodul nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß es wesentlich leichter und ko­ stengünstiger herzustellen ist und aus weniger Einzelteilen besteht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stoßfängerquer­ träger und der Montageträger mit optionalen Verstärkungen einteilig im Kunst­ stoff-Spritzgußverfahren als Kunststoff-Metall-Verbundbauteil mit in die Gußform eingelegten Blechteilen hergestellt sind.

In bevorzugter Ausführungsform sind für den Montageträger ein die Kotflügel­ bänke und für den Stoßfängerquerträger ein die Längsträger des Kraftfahrzeugs verbindendes Blechteil vorgesehen, wobei die Blechteile ein im Querschnitt U- förmiges Profil aufweisen und durch Einformung von Kreuz- oder ähnlichen Kunststoffrippen versteift sind.

Der Montageträger und der Stoßfängerquerträger sind dabei durch Verbin­ dungswangen aus Kunststoff oder auch durch vertikale Kunststoff-Metall- Verbundprofile verbunden. Wesentlich hierbei ist jedoch, daß das Kunststoff- Metall-Verbundbauteil in einem Spritzvorgang mit den eingelegten Blechteilen hergestellt ist.

Für den Fall, daß die Verbindung durch den Stoßfängerquerträger zwischen den Längsträgern (im Bereich des ursprünglichen Querträgers) jedoch nicht in der Lage ist, das ursprüngliche Querträgersystem in vollem Umfang zu ersetzen, wird zur Verstärkung dieses Bereiches vorgeschlagen, ein offenes metallisches U-Profil oder eine Schließplatte auf das Kunststoff-Metall-Verbundprofil zu posi­ tionieren und anforderungsgerecht miteinander zu verbinden.

Erfindungsgemäß wird für den Stoßfängerquerträger zweckmäßigerweise auf die dem Rohbau zugewandte und in Fahrrichtung geöffnete Innenschale, die Be­ standteil des Frontendmoduls ist, eine im Profil U-förmige Außenschale aus Blech aufgesetzt, so daß ein innerer Hohlraum entsteht. Dieser Hohlraum kann ganz oder teilweise mit Kunststoffrippen ausgefüllt sein.

Die Außenschale ist dabei mit der Innenschale vorzugsweise durch Schrauben, besonders mit Vorspannung, Nieten, Durchsetzfügen im Bereich der Flanken, Clinchen, Kleben, Schweißen oder formschlüssiges Fügen verbunden. Bevor­ zugt weisen die Außenschale und die Innenschale einen Formschluß in der Scherebene auf.

Dieses System läßt sich erfindungsgemäß in seiner Ausrichtung umkehren, wenn die ursprüngliche Außenschale aus Blech vor der Montage des Frontmo­ duls mit ihrer Öffnung in Fahrtrichtung an den Rohbau montiert wird. Dann kann das Kunststoff-Metall-Verbundbauteil, das die Gegenschale mit ihrer Öffnung entgegen der Fahrtrichtung durch Umspritzen aufnimmt, eventuell nach Vormon­ tage mit Anbauteilen, in einem späteren Schritt durch Aufschieben auf die Blechschale an das Fahrzeug montiert werden. Die vor dem Lackierprozeß an das Fahrzeug montierte Außenschale kann in diesem Fall während der Schutz­ lackierung als Abstandshalter für die Längsträger dienen, um Verzug durch Wärmespannungen aus den Schweißprozessen zu verringern.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung füllt das Profil der Kunststoffrippen den inneren Hohlraum des Stoßfängerquerträgers in Fahrzeuglängsrichtung teilwei­ se oder vollständig aus, wobei sich die Kunststoffrippen in Fahrzeuglängsrich­ tung erstrecken.

Alternativ ist in besonderer Ausgestaltung vorteilhafterweise unterhalb des Stoßfängerquerträgers ein Fußgängerschutz angeordnet, der ebenfalls einteilig mit dem oberen Querträger und dem Stoßfängerquerträger im Kunststoff- Spritzgußverfahren als Hybridbauteil mit in die Gußform eingelegten Blechteilen hergestellt ist.

Der Fußgängerschutz besteht vorteilhafterweise aus einem sich quer zur Fahr­ zeuglängsrichtung erstreckenden Profil und aus Verbindungsstreben zum Stoß­ fängerquerträger.

Die Blechteile des Fußgängerschutzes weisen bevorzugt ein U-förmiges Profil auf und sind mit Kunststoffrippen ausgefüllt.

Der Fußgängerschutz dient als Abstützung für einen Spoiler, der in geringem Abstand vor dem Fußgängerschutz angeordnet ist.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Frontendmoduls zeichnet sich dadurch aus, daß Blechteile für den Montageträger und den Stoßfängerquerträ­ ger in eine Kunststoff-Spritzgußform eingelegt werden und diese Blechteile durch Einformen von Kunststoffrippen versteift und miteinander verbunden wer­ den.

Soll ein Fußgängerschutz erforderlich sein, werden zusätzliche Blechteile in die Gußform eingelegt.

Zur Durchführung des Verfahrens wird ein die Längsträger des Kraftfahrzeugs verbindendes Blechteil als Innenschale in einer geringeren als der klassischen Wandstärke ausgeführt. Dieses Blech wird zusammen mit weiteren Blechen z. B. für den oberen Querträger, für den Fußgängerschutz oder für Diebstahlsicher­ heit in das Spritzgießwerkzeug eingelegt. Die Blechteile werden durch Einfor­ mung von Kreuz- oder ähnlichen Rippen aus den oben genannten Kunststoffen im Spritzgußverfahren miteinander verbunden und versteift. Somit werden die Blechteile in einem Produktionsschritt in das Kunststoff-Metall-Verbundbauteil eingebracht. Es wird ein Kunststoff-Blech-Verbund hergestellt, der rohbauseitig mit den entsprechenden Befestigungspunkten ( = Längsträger, oberer Längsträ­ ger/Kotflügelbank) verschraubt oder verschweißt werden kann und in der Lage ist, den Vorderwagen während der gesamten Bauphase, insbesondere während der Schutzlackierung stabil zu halten. Alternativ kann das System komplett mit Frontscheinwerfern, Kühlsystem und anderen Komponenten vormontiert und bei dem Fahrzeughersteller nach der Schutzlackierung eingebaut werden.

Der Kunststoffanteil kann zudem eine Führungshilfe für das aufgesteckte U- Profil darstellen. Vorteilhaft ist es, wenn das Profil der Kunststoffrippen hierbei den kompletten Hohlraum des Querträgers ausfüllt.

Wesentlich für eine effiziente Nutzung beider Tragsysteme ist deren Verbin­ dung. Hierbei ist bekannt, daß zwei verbundene Halbschalen erheblich höhere Biegewiderstände aufweisen als zwei parallel geschaltete. Von entscheidender Bedeutung ist deshalb die Übertragung von Schubkräften zwischen den Bautei­ len in Fahrzeugquerrichtung. Zur schubfesten Verbindung des Stahl U-Profils mit dem Hybridprofil stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. Hierzu zählen Schrauben mit entsprechender Vorspannung, Nieten oder Durchsetzfü­ gen im Bereich der Flanken, Clinchen, Kleben und Schweißen.

Erfindungsgemäß wird die möglichst ökonomischste Fügetechnologie ange­ strebt. Hierzu wird ein Formschluß beider Systeme in der Scherebene vorge­ schlagen. Dieser Formschluß könnte u. a. erfolgen durch Verzahnungen oder Verformungen im Bereich des Schalenrandes, deren Gegenbilder sich im Be­ reich des Kunststoffs oder des Blechs der Gegenseite befinden.

Die Vorzüge dieses in sich vormontierbaren Systems sind wesentliche Gewichts- und Kosteneinsparungen, die Möglichkeit der Funktionsintegration in der Umge­ bung der Querträger (u. a. Stoßfängerabdeckung = Stoßfängerverkleidung) und Scheinwerferaufnahme, Elemente für den Fußgängerschutz ( = Verstärkung Fußgängerschutz), Grills, Nebelscheinwerfer, sowie die Einsparung von Füh­ rungs- und Stützelementen im Bereich des Montageträgers. Auf diesem Wege kommt die Konstruktion im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mit wesentlich weniger Einzelteilen und Fügeschritten aus. Das Gesamtmodul läßt sich mit op­ tionalen Energieabsorptionselementen zu einer Frontendstruktur verschrauben, die sowohl vor der Rostschutzbeschichtung der Gesamtkarosserie montiert wer­ den kann, als auch die Möglichkeit bietet, durch vorherige Oberflächenbeschich­ tung, Träger für ein vormontiertes Frontend zu sein.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend beschrieben sind. Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Frontendmodul mit Teilen eines Kraftfahrzeu­ ges, an denen es befestigt ist und

Fig. 2 einen Schnitt durch das Frontendmodul gemäß Fig. 1 entlang der Linie II-II, und

Das Frontendmodul 1 besteht in der Ausführungsform wie hier gezeigt aus ei­ nem Montageträger bzw. einem oberen Querträger 2, einem Stoßfängerquerträ­ ger 5 und optional einem Fußgängerschutz 13. Auf dieses Frontendmodul 1 wird unter anderem die Außenverkleidung 19 aufgesetzt.

Der Montageträger 2 ist an den Kotflügelbänken 3 befestigt und der Stoßfänger­ querträger 5 an den Längsträgern 4 des Kraftfahrzeugs. Der Montageträger 2 besteht aus einem durchgehenden Blechteil 6, in dem Kunststoffrippen 8 zur Versteifung eingeformt sind.

Der Stoßfängerquerträger 5 besteht aus einer Innenschale 7 aus Blech, die ein U-förmiges Profil aufweist. Auf diese Innenschale 7 wird optional eine Außen­ schale 10 aufgebracht, so daß ein Hohlraum 11 gebildet ist. In diesem Hohlraum 11 sind Kunststoffrippen 8 angeordnet, die den Hohlraum 11 in Fahrzeuglängs­ richtung vollständig ausfüllen. Der Montageträger 2 ist mit dem Stoßfängerquer­ träger 5 durch Verbindungswangen 9 aus Kunststoff oder auch einem Kunst­ stoff-Metall-Verbund verbunden. Alternativ können noch äußere Verbindungs­ wangen 20 ebenfalls aus Kunststoff vorgesehen sein.

Unterhalb des Stoßfängerquerträgers 5 ist optional und für das Frontendmodul nicht zwingend notwendig ein Fußgängerschutz 13 angeordnet, der aus einem quer zum Fahrzeug angeordneten Teil 13 und Verbindungstreben 17 zum Stoßfängerquerträger 5 besteht. Das quer zum Fahrzeug angeordnete Teil 13 dient als Abstützung für einen Spoiler 21 der Außenverkleidung 19. Das Teil 13 ist ebenfalls als Hybridbauteil geformt und bestehe aus einem im Querschnitt U- förmigen Blechteil 14, welches mit Kunststoffrippen 18 ausgefüllt ist. Die Verbin­ dungstreben 17 bestehen ebenfalls aus im Querschnitt U-förmigen Blechteilen 15, welche ebenfalls mit Kunststoffrippen 18 ausgefüllt sind.

Montageträger 2, Stoßfängerquerträger 5 und Fußgängerschutz 13 werden ein­ teilig in einem Arbeitsschritt im Spritzgußverfahren hergestellt. Hierzu werden die Blechteile 6, 7, 14, 15 in die Kunststoff-Spritzform eingelegt und im anschlie­ ßenden Spritzgußverfahren die gesamten Kunststoffkonturen eingeformt bzw. angeformt. Dies sind unter anderem die Kunststoffrippen 8 im Montageträger 2 und im Stoßfängerquerträger 5, die Verbindungswangen 3, wenn gewünscht die zusätzlichen äußeren Verbindungswangen 20, ggf. der Kühlerunterzug 21 und die Kunststoffrippen 18 im Fußgängerschutz 13, sowohl im Teil 13 als auch in den Verbindungsstreben 17.

Anschließend braucht nur noch zur weiteren Versteifung die Außenschale 10 z. B. durch Schrauben 12 an der Innenschale 7 befestigt zu werden.

Claims (15)

1. Frontendmodul (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Frontend-Montageträger (2) und mit einem die Längsträger (4) des Kraftfahrzeugs verbindenden Stoßfängerquerträger (5), dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßfänger­ querträger (5) und der Montageträger (2) einteilig im Kunststoff- Spritzgußverfahren als Hybridbauteil mit in die Gußform eingelegten Blech­ teilen (6, 7) hergestellt sind.

2. Frontendmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Montageträger (2) ein die Kotflügelbänke (3) und für den Stoßfängerquerträ­ ger (5) ein die Längsträger (4) des Kraftfahrzeugs verbindendes Blechteil (6, 7) vorgesehen sind.

3. Frontendmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechtei­ le (6, 7) ein im Querschnitt U-förmiges Profil aufweisen.

4. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechteile (6, 7) durch Einformung von Kreuz- oder ähnlichen Kunststoffrippen (8) versteift sind.

5. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageträger (2) und der Stoßfängerquerträger (5) durch Verbin­ dungswangen (9) aus Kunststoff oder Kunststoff-Metall-Verbund verbunden sind.

6. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die umspritzte Innenschale (7) des Stoßfängerquerträgers (5) eine im Profil U-förmige Außenschale (10) aus Blech aufgesetzt ist, so daß ein innerer Hohlraum (11) entsteht.

7. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschale (10) mit der Innenschale (7) durch Schrauben (12) vorzugsweise mit Vorspannung, Nieten, Durchsetzfügen im Bereich der Flanken, Clinchen, Kleben, Schweißen, oder formschlüssiges Fügen ver­ bunden ist.

8. Frontendmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Außen­ schale (10) und die Innenschale (7) einen Formschluß in der Scherebene aufweisen.

9. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Kunststoffrippen (8) den inneren Hohlraum (11) des Stoßfängerquerträgers (5) in Fahrzeuglängsrichtung teilweise oder voll­ ständig ausfüllt.

10. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kunststoffrippen (8) in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken.

11. Frontendmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß unterhalb des Stoßfängerquerträgers (5) ein Fußgängerschutz (13) angeordnet ist, der ebenfalls einteilig mit dem oberen Querträger (2) und dem Stoßfängerquerträger (5) im Kunststoff-Spritzgußverfahren als Hybrid­ bauteil mit in die Gußform eingelegten Blechteilen (6, 7, 14, 15) hergestellt ist.

12. Frontendmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß­ gängerschutz (13) aus einem sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung erstrec­ kenden Teil (16) und aus Verbindungsstreben (17) zum Stoßfängerquerträ­ ger (5) besteht.

13. Frontendmodul nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechteile (14, 15) des Fußgängerschutzes (13) ein U-förmiges Profil aufweisen und mit Kunststoffrippen (18) ausgefüllt sind.

14. Verfahren zur Herstellung eines Frontendmoduls (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Montageträger (2) zwischen den Kotflügelbänken (3) und mit ei­ nem die Längsträger (4) des Kraftfahrzeugs verbindenden Stoßfängerquer­ träger (5), dadurch gekennzeichnet, daß Blechteile (6, 7) für den oberen Querträger (2) und den Stoßfängerquerträger (5) in eine Kunststoff- Spritzgußform eingelegt werden und diese Blechteile (6, 7) durch Einformen von Kunststoffrippen (8) versteift und miteinander verbunden werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Blechteile (14, 15) für einen unterhalb des Stoßfängerquerträgers (5) ange­ ordneten Fußgängerschutz (13) in die Gußform eingelegt werden.