DE102006007253A1 - Kraftfahrzeug-Hybridbauteil - Google Patents

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Abstract

Aufgezeigt wird ein Kraftfahrzeug-Hybridbauteil 1, insbesondere ein Struktur- oder Fahrwerkbauteil, umfassend ein Metallbauteil 2 und ein damit verbundenes Kunststoffbauteil 3. Das Metallbauteil 2 und das Kunststoffbauteil 3 sind unter Eingliederung einer metallischen Formschlusslage 4 miteinander verbunden. Die Formschlusslage 4 ist stoffschlüssig mit dem Metallbauteil 2 gefügt und besitzt Ausnehmungen 7, 8 und Streben 5, 6, die von dem Kunststoffbauteil 3 umspritzt sind. Die Formschlusslage 4 kann aus Metallgewebe, einer Streckmetalllage oder aus Metallschaum bestehen.

Description

  • Die Erfindung bertifft ein Kraftfahrzeug-Hybridbauteil, insbesondere ein Struktur- oder Fahrwerkbauteil, umfassend ein Metallbauteil und ein damit verbundenes Kunststoffbauteil.
  • Hybridbauteile bestehen aus kunststoffummantelten Metallbauteilen bzw. Profilen und kommen im Kraftfahrzeugbau in unterschiedlichen Einsatzbereichen zur Anwendung. Die US-A-5,290,079 beispielsweise beschreibt einen Stoßfänger für ein Kraftfahrzeug mit einem Querträger, der aus einem gieß- bzw. spritzgussfänigen verstärkten Kunststoff, insbesondere einem Kunstharz, besteht. In der Kunstharzmatrix ist eine Faserverstärkung, vorzugsweise aus Glasfasern, eingebettet. Des Weiteren weist der Querträger ein Verstärkungsnetz aus einem duktilen Metall, wie Stahl oder Aluminium, oder auch einem Nichtmetall auf, welches ebenfalls in die Kunstharzmatrix eingebettet ist.
  • Hybridstrukturen aus Metallen und Kunststoffen bieten ein weit reichendes Leichtbaupotential. Typischerweise werden zur Herstellung des Werkstoffverbundes offene Metallbauteile mit Kunststoffen umspritzt, so dass ein Formschluss zustande kommt. Problematisch bei dieser Verbindungsart ist die Tatsache, dass der Übergang vom metallischen Körper auf die Kunststoffstruktur vielfach geometrisch bedingte Spannungskonzentrationen erzeugt, so dass die Kunststoffbauteile an diesen Stellen frühzeitig partiell versagen können.
  • Zur Vermeidung einer übermäßigen Spannungskonzentration an einzelnen Kraftstoffeinleitungspunkten wird derzeit der Formschluss zwischen dem Metall und dem Kunststoff über Bohrungen oder Sicken erzeugt, welche beim Umspritzen der Metallbauteile mit Kunststoff ausgefüllt werden. Derartige Verbindungsknoten werden unter dem Aspekt der Wirtschaftlichkeit so häufig wie nötig entlang der Verbindung angebracht. Neben der Tatsache, dass eine Verminderung der Spannunsspitzen nur über die Anzahl der Verbindungsknoten zu erreichen ist, ist weiterhin nachteilig, dass jede Bohrung oder Sicke eine weitere Schwächung des Metallbauteils im Hinblick auf die Formstabilität darstellt. Insgesamt kann es zu einem frühzeitigen Bauteilversagen an den Krafteinleitungsstellen kommen.
    •
  • Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein hinsichtlich seines Belastungsverhaltens verbessertes Kraftfahrzeug-Hybridbauteil zu schaffen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Kraftfahrzeug-Hybridbauteile gemäß den Merkmalen von Anspruch 1.
  • Danach ist vorgesehen, dass das Metallbauteil und das Kunststoffbauteil unter Eingliederung einer metallischen Formschlusslage miteinander verbunden sind, wobei die Formschlusslage stoffschlüssig mit dem Metallbauteil gefügt ist und die Formschlusslage Ausnehmungen und Streben besitzt, die von dem Kunststoffbauteil umspritzt sind.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Formschlusslage zeigen die abhängigen Ansprüche 2 bis 4.
  • Kerngedanke der Erfindung bildet die Maßnahme, auf der Oberfläche des Metallbauteils eine maschige, inbesondere grobmaschige, Struktur mit Streben und dazwischen liegenden Ausnehmungen stoffschlüssig und nicht lösbar zu applizieren. Dies erfolgt insbesondere durch einen Schweißprozess. Beim Um spritzen des Metallbauteils mit dem Kunststoff fließt dieser in die Maschen und verklammert sich mit der Formschlusslage. Auf diese Weise entsteht eine vielpunktartige Verbindung zum Metallbauteil. Bei einer Krafteinleitung auf das Kraftfahrzeug-Hybridbauteil wird diese auf eine Vielzahl von Verbindungsstellen verteilt. So können Spannungsspitzen deutlich reduziert werden.
  • Das stoffschlüssige Fügen des Metallbauteils und der Formschlusslage erfolgt vor dem spritztechnischen Auftrag des Kunststoffbauteils. Vorzugsweise bestehen das Metallbauteil und die Formschlusslage aus einem Stahlwerkstoff. Die vorgefertigte Kombination aus Metallbauteil und Formschlusslage besitzt weiterhin eine begrenzte Umformmöglichkeit, so dass Formgebung und gemeinsame Umformung in Nachfolgeoperationen möglich ist.
  • Die Formschlusslage kann eine Gewebe- oder Gitterstruktur besitzen. So sind Metallgewebe oder Streckmetalllagen als Formschlusslage denkbar. Auch poröse Materialien in Form von Metallschaum können als Formschlusslage zum Einsatz gelangen. Metallgewebe oder Streckmetalllagen können mittels Vielpunktbuckelschweißen mit dem Metallbauteil verbunden werden. Bei einer Formschlusslage aus Metallschaum bietet sich das Elektronen- oder Laserstrahlschweißen an, um eine stoffschlüssige, unlösbare Verbindung zwischen Metallbauteil und Formschlusslage zu erreichen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Hybridbauteil sind Spannungsspitzen am Übergang zwischen Metall und Kunststoff vermindert. Die gesamte Traglast des Kraftfahrzeug-Hybridbauteils kann erhöht werden.
    •
  • Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 in technisch stark vereinfachter schematischer Darstellungsweise ein Metallbauteil mit darauf festgelegter Formschlusslage in einem Querschnitt und
  • 2 ein Kraftfahrzeug-Hybridbauteil mit Metallbauteil, Formschlusslage und Kunststofflage.
  • Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Hybridbauteil 1, wie in der 2 dargestellt, umfasst ein Metallbauteil 2 und ein damit verbundenes Kunststoffbauteil 3. Das Kraftfahrzeug-Hybridbauteil 1 kommt insbesondere als Struktur- oder Fahrwerkbauteil von Kraftfahrzeugen zum Einsatz.
  • Zur Fertigung des Kraftfahrzeut-Hybridbauteils 1 wird eine grobmaschige Formschlusslage 4 aus Metall stoffschlüssig mit dem Metallbauteil 2 gefügt und unlösbar verbunden. Die stoffschlüssige Verbindung des Metallbauteils 2 und der Formschlusslage 4 erfolgt durch Verschweißen an den Kontaktpunkten zwischen dem Metallbauteil 2 und der Formschlusslage 4.
  • Die Formschlusslage 4 kann aus einem Metallgewebe, einer Streckmetalllage oder aus offenporigem Metallschaum bestehen und weist eine Struktur aus Streben 5, 6 mit dazwischen liegenden Ausnehmungen 7, 8 auf. Das Kunststoffbauteil 3 ist auf das Metallbauteil 2 und die Formschlusslage 4 aufgespritzt. Beim Spritzvorgang fließt der Kunststoff in die Ausnehmungen 7, 8 und um die Streben 5, 6, so dass die Formschlusslage 4 in das Kunststoffbauteil 3 eingebettet wird. Hierdurch entsteht ein inniger Verbund mit einer vielpunktartigen Verbindung zum Metallbauteil 2.
  • Das Kraftfahrzeug-Hybridbauteil 1 ist leichtbauend und statisch sowie dynamisch hoch belastbar. Auf das Kraftfahrzeug-Hybridbauteil 1 einwirkende äußere Kräfte werden auf die sich infolge der grobmaschigen Struktur der Formschlusslage 4 ergebende Vielzahl von Verbindungsstellen verteilt. Hierdurch können Spannungsspitzen deutlich reduziert werden.
    • 1
    Kraftfahrzeug-Hybridbauteil
    2
    Metallbauteil
    3
    Kunststoffbauteil
    4
    Formschlusslage
    5
    Strebe
    6
    Strebe
    7
    Ausnehmung
    8
    Ausnehmung

Claims (4)

  1. Kraftfahrzeug-Hybridbauteil, insbesondere Struktur- oder Fahrwerkbauteil, umfassend ein Metallbauteil (2) und ein damit verbundenes Kunststoffbauteil (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (2) und das Kunststoffbauteil (3) unter Eingliederung einer metallischen Formschlusslage (4) miteinander verbunden sind, wobei die Formschlusslage (4) stoffschlüssig mit dem Metallbauteil (2) gefügt ist und die Formschlusslage (4) Ausnehmungen (7, 8) und Streben (5, 6) besitzt, die von dem Kunststoffbauteil (3) umspritzt sind.
  2. Kraftfahrzeug-Hybridbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusslage (4) eine Gewebestruktur besitzt.
  3. Kraftfahrzeug-Hybridbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusslage (4) eine Gitterstruktur besitzt.
  4. Kraftfahrzeug-Hybridbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusslage (4) aus Metallschaum besteht.
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