DE102007022417A1

DE102007022417A1 - Hybridbauteil, insbesondere Querträger oder Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102007022417A1
Application number: DE200710022417
Authority: DE
Inventors: Walter Wolf
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2008-11-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridbauteil (1), insbesondere für einen Querträger eines Kraftfahrzeugs oder ein Strukturbauteil, bestehend aus mindestens einem Metallbauteil (3) und mindestens einem Kunststoffbauteil (2), die fest miteinander zu besagtem Hybridbauteil (1) verbunden sind, wobei das Metallbauteil (3) mindestens eine schabende oder schneidende Kante aufweist, die in zusammengebautem Zustand in Kontakt mit dem Kunststoffbauteil (2) ist, und durch diese schneidende Kante des Metallbauteils (3) von einem überstehenden Bereich des Kunststoffbauteils (2) ein Teil des Materials spanabhebend abgetragen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridbauteil, wie es insbesondere bevorzugt für einen Querträger oder ein Strukturbauteil eines Kraftfahrzeugs verwendet wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 199 46 349 A1 ist ein Trägerelement zur Aufnahme wenigstens eines Bauelements bekannt, das mit der Karosserie oder Rahmenstruktur eines Kraftfahrzeugs verbunden ist. Das Trägerelement ist als Kunststoff-Metall-Verbundkonstruktion ausgeführt und weist einen Grundkörper aus Kunststoff auf, der durch Spritzgießen hergestellt ist, und der zumindest in hochbelasteten Teilbereichen mit wenigstens einem Versteifungselement aus Metall verstärkt ist. Der Grundkörper weist im Teilbereich im Querschnitt ein offenes Profil auf. Am Grundkörper sind im Teilbereich mehrere Vorsprünge angeformt, die durch entsprechende Öffnungen in Randbereichen des Versteifungselements hindurchtreten. Die Vorsprünge sind an ihren durch die Öffnungen ragenden Enden nach dem Einsetzen des Versteifungselements in den Teilbereich plastisch verformt, so dass das Versteifungselement formschlüssig mit dem Grundkörper verbunden ist. Das Ver steifungselement ist vorzugsweise derart ausgebildet und am Grundkörper angeordnet, dass dieses zusammen mit dem offenen Profil des Teilbereichs des Grundkörpers ein geschlossenes Hohlprofil bildet.
Ferner sind zum Verbinden von Kunststoff- und Metallbauteilen, insbesondere zur Herstellung von Leichtbauteilen mit Hohlräumen, Schnappverbindungen oder das Umformen durch Öffnungen ragender Bereiche des Kunststoffbauteils bekannt, so dass durch Hintergreifen eine formschlüssige Verbindung erzeugt wird.
Derartige Hybridbauteile lassen jedoch noch Wünsche offen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Hybridbauteil zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hybridbauteil, insbesondere durch einen Querträger oder ein Strukturbauteil für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Hybridbauteil vorgesehen, insbesondere für einen Querträger eines Kraftfahrzeugs oder ein Strukturbauteil, bestehend aus mindestens einem Metallbauteil und mindestens einem Kunststoffbauteil, die fest miteinander zu besagtem Hybridbauteil verbunden sind. Hierbei weist das Metallbauteil mindestens eine schabende oder schneidende Kante auf, die in zusammengebauten Zustand des Hybridbauteils in Kontakt mit dem Kunststoffbauteil ist. Ferner wird durch diese schneidende Kante des Metallbauteils von einem überstehenden Bereich des Kunststoffbauteils ein Teil des Materials spanabhebend abgetragen. Hierbei wird überschüssiges, abgetragenes Material in Zusammenbaurichtung geschoben, wo sich vorteilhafterweise ein Spanaufnahmeraum befindet, welcher jedoch nicht notwen digerweise im zusammengebauten Zustand des Hybridbauteils auf allen Seiten geschlossen sein muss. Demgegenüber schieben selbstschneidende Schrauben in der Art einer Förderschnecke das Material entgegen der Zusammenbaurichtung heraus.
Besonders bevorzugt weist das Kunststoffbauteil eine Fläche mit Erhebungen und/oder Vertiefungen auf, über welche die Kante des Metallbauteils im Rahmen des Zusammenbaus geführt wird. Hierbei wird ein absichtlich vorgesehenes Übermaß des Kunststoffbauteils dadurch beseitigt, dass die Kante das überschüssige Material unter Spanbildung abschabt. Auf diese Weise können relativ große Toleranzen für die Außenabmessungen des entsprechenden Bereichs, der abgetragen wird, gewählt werden, so dass sich die Herstellungskosten verringern.
Die Erhebungen werden besonders bevorzugt durch mindestens zwei Wellenberge mit dazwischen liegenden ebenen Bereichen oder Vertiefungen gebildet. Insbesondere bevorzugt verlaufen die Wellenberge und/oder Vertiefungen in Zusammenbaurichtung der Bauteile.
Vorzugsweise weist die für die kraft-/formschlüssige Verbindung relevante Abmessung des Metallbauteils besagte schabende oder schneidende Kante auf, wobei der entsprechende Bereich des Kunststoffbauteils bereichsweise ein Übermaß und bereichsweise ein Untermaß aufweist.
Das Hybridbauteil weist gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform vorzugsweise mindestens zwei Verbindungsstellen auf, wobei eine Verbindungsstelle als Festlager und die zweite oder alle weiteren Verbindungsstellen als Loslager ausgebildet sind, so dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen im Bereich des Loslagers möglich sind. Auf diese Weise lässt sich eine unterschiedliche Wärmeausdehnung der verbundenen Materialien ausgleichen, ohne dass die Funktion des Hybridbauteils beeinträchtigt wird, oder dass wesentliche Spannungen in Folge unterschiedlicher Wärmeausdehnungen auftreten.
Besonders bevorzugt ist am Kunststoffbauteil ein vertiefter Bereich vorgesehen, welcher als Spanaufnahmeraum dient. Insbesondere bevorzugt ist neben dem vertieften Bereich eine Anlagefläche für das Metallbauteil vorgesehen. Alternativ kann der Spanaufnahmeraum auch durch eine entsprechende, zurückspringende Gestalt des Metallbauteils oder eine Kombination der Ausgestaltungen von Metall- und Kunststoffbauteil gebildet sein.
Der Spanaufnahmeraum kann auch mit entsprechendem Untermaß ausgebildete Bereiche zwischen den Erhebungen/Wellenbergen gebildet sein, deren oberster Bereich durch die Kanten des Metallbauteils abgetragen wird und die aufzunehmenden Späne bildet.
Am Kunststoffbauteil ist vorzugsweise mindestens eine Anlagefläche, insbesondere bevorzugt gebildet durch Rippen, vorgesehen, welche einen Sollabstand zwischen Kunststoffbauteil und Metallbauteil festlegt. Auch eine derartige Anlagefläche kann sicherstellen, dass ausreichend Raum für Späne vorhanden ist.
Zur Sicherung der Verbindung der einzelnen Bauteile ist vorzugsweise der überstehende Bereich des Kunststoffbauteils unter Bildung eines Hinterschnitts umgeformt. Das Umformen kann auf beliebige Weise erfolgen, bspw. unter Einwirkung von Wärme und/oder einer entsprechenden, umformenden Kraft.
Als Hybridbauteile, welche mindestens eine derartige, erfindungsgemäße Verbindung aufweisen, sind insbesondere bevorzugt Querträger, insbesondere für Kraftfahrzeuge, oder Platten in Sandwichbauweise geeignet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen, teilweise mit Varianten und teilweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung, im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Ausschnitts eines Querträgers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel vor dem Zusammenbau der beiden Bauteile,
2 eine 1 entsprechende Ansicht nach dem Zusammenbau der beiden Bauteile,
3 einen schematischen Schnitt durch den Querträger von 2 in Längsrichtung desselben nach dem Zusammenbau und nach erfolgtem Umformen eines überstehenden Teilbereichs,
4 eine 2 entsprechende Ansicht nach dem Zusammenbau, aber vor dem Umformen des überstehenden Endbereichs des Kunststoffbauteils,
5a eine 4 entsprechende Darstellung des Kunststoffbauteils,
5b eine Detailansicht eines ersten Details von 5a,
5c eine Detailansicht eines zweiten Details von 5a,
6 eine schematische, ausschnittsweise, perspektivische Darstellung zweier Bauteile vor dem Zusammenbau gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
7 eine 6 entsprechende Darstellung nach dem Zusammenbau,
8 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Kunststoffbauteils und eines Metallbauteils gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel vor dem Zusammenbau der beiden Bauteile,
9 eine perspektivische Darstellung des Hybridbauteils gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
10 eine andere perspektivische Darstellung des Hybridbauteils von 9,
11 einen Schnitt durch das Hybridbauteil des dritten Ausführungsbeispiels,
12 eine perspektivische Ansicht des Kunststoffbauteils ohne Metallbauteil nach dem Zusammenbau,
13 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Kunststoffbauteils und eines Metallbauteils gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel vor dem Zusammenbau der beiden Bauteile,
14 eine perspektivische Darstellung des Hybridbauteils gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel,
15 eine andere perspektivische Darstellung des Hybridbauteils von 14,
16 eine Draufsicht auf das Hybridbauteil von 14,
17 eine Seitenansicht des Hybridbauteils von 14,
18 einen Schnitt durch das Hybridbauteil des vierten Ausführungsbeispiels,
19 eine perspektivische Ansicht des Kunststoffbauteils des vierten Ausführungsbeispiels ohne Metallbauteil nach dem Zusammenbau,
20 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Kunststoffbauteils und eines Metallbauteils gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel vor dem Zusammenbau der beiden Bauteile,
21 eine perspektivische Darstellung des Hybridbauteils gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,
22 eine Seitenansicht des Hybridbauteils von 21,
23 einen Schnitt durch das Hybridbauteil von 21,
24 eine Detaildarstellung des Details XXIV von 23,
25 eine perspektivische Darstellung eines als Hybridbauteil ausgebildeten Querträgers,
26 eine andere perspektivische Darstellung des Querträgers von 25,
27 einen Längsschnitt durch den Querträger von 25 mit einer vergrößerten Detaildarstellung des markierten Bereichs der Schnittdarstellung,
28 eine perspektivische Ansicht des Kunststoffbauteils des Querträgers von 25,
29 eine perspektivische Ansicht des Metallbauteils des Querträgers von 25,
30 eine Seitenansicht des Querträgers von 25,
31 einen Querschnitt des Querträgers von 25,
32 eine Seitenansicht mit Blick in Längsrichtung des Querträgers von 25 nach erfolgtem Umformen der Vorsprünge des Kunststoffbauteils,
33 eine Schnittdarstellung eines als Verbundplatte ausgebildeten Hybridbauteils vor dem abschließenden Umformen der überstehenden Bereiche des Kunststoffbauteils,
34 eine Seitenansicht der fertig hergestellten Verbundplatte,
35 eine perspektivische Ansicht eines der beiden Metallbauteile,
36 eine perspektivische Ansicht des Kunststoffbauteils,
37 eine perspektivische Ansicht des teilweise zusammengesetzten Hybridbauteils und des noch anzubringenden Metallbauteils,
38 eine perspektivische Ansicht des zusammengesetzten Hybridbauteils vor dem abschließenden Umformen, und
39 eine schematisierte Schnittdarstellung zweier Verbindungsmöglichkeiten für als Sandwichplatten ausgebildete Hybridbauteile.
Ein Querträger eines Kraftfahrzeugs ist als Hybridbauteil 1 mit einem Kunststoffbauteil 2 und einem Metallbauteil 3 ausgebildet, wobei zur besseren Verdeutlichung der Funktion der erfindungsgemäßen Verbindung gemäß den ersten fünf Ausführungsbeispielen im Wesentlichen Prinzipdarstellungen einzelner Verbindungsbereiche vorgesehen sind, welche für die Herstellung eines entsprechenden Hybridbauteils verwendet werden können. Im Anwendungsfall können natürlich auch verschiedene Verbindungen miteinander kombiniert werden. Natürlich ist eine entsprechende Verbindung zweier Bauteile auch für andere Anwendungen als Querträger möglich.
Für die Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Prinzip ist gemäß dem in den 1 bis 5 dargestellten, ersten Ausführungsbeispiel nur ein kleiner Ausschnitt dargestellt, um die Verbindung der beiden Bauteile 2 und 3 besser veranschaulichen zu können.
Das Kunststoffbauteil 2 weist, wie in 1 dargestellt, einen plattenförmigen Bereich 2a mit zwei parallel zueinander und zur Längsrichtung des Bauteils verlaufenden in eine Richtung senkrecht zum plattenförmigen Bereich 2a vorstehenden Rippen 2b konstanter Höhe auf. Ferner steht mittig zwischen den Rippen 2b ein erster etwa hohlzylindrischer Vorsprung 2c vor, welcher vorliegend die doppelte Höhe wie die Rippen 2b hat. Der erste, hohlzylindrische Vorsprung 2c weist einen Außenumfang mit in Längsrichtung des Vorsprungs 2c verlaufenden Wellenbergen 2c' und dazwischen liegenden ebe nen Bereichen 2c'' auf (siehe 5b). Ferner ist ein zweiter Vorsprung 2d mit rechteckförmigem Hohlprofil vorgesehen, wobei die Länge des Rechtecks in Längsrichtung des Querträgers länger als in Breitenrichtung ist. Auch die außenseitigen Seitenflächen des zweiten Vorsprungs 2d sind mit Wellenbergen 2d' und dazwischen angeordneten ebenen Bereichen 2d'' ausgebildet, während die Schmalseiten eben ausgebildet sind (siehe 5c).
Das Metallbauteil 3 ist durch ein gestanztes und an den Längsseiten zu einem flachen, U-förmigen Profil gebogenes Blech 3a mit zwei Schenkeln 3b gebildet, in dem zwei Öffnungen 3c und 3d ausgebildet sind. Die erste Öffnung 3c ist kreisförmig ausgebildet, wobei der Durchmesser vorliegend etwas größer als der Innenkreis an die Bereiche 2c'' des ersten, hohlzylindrischen Vorsprungs 2c und etwas kleiner als der Außenkreis um die Wellenberge 2c' ist. Vorliegend ist der Durchmesser minimal größer als der Kreis, welcher durch die seitlichen Enden der ebenen Bereiche 2c'' gebildet ist. Die zweite Öffnung 3d ist rechteckförmig ausgebildet, wobei die Länge des Rechtecks größer als die entsprechende Länge des zweiten Vorsprungs 2d ist. Die Breite des Rechtecks liegt zwischen der minimalen Breite des zweiten Vorsprungs 2d, d. h. dem Abstand zweier gegenüberliegender ebener Bereiche 2d'', und der maximalen Breite des zweiten Vorsprungs 2d, d. h. dem Abstand zweier gegenüberliegender „Bergspitzen" zweier Wellenberge 2d'.
Werden nun die beiden Bauteile 2 und 3 zusammengepresst, so wird das Übermaß des Kunststoffbauteils 2 durch die scharfen Kanten der Öffnungen 3c und 3d abgeschabt, wodurch sich durch die überstehenden Wellenberge 2c' und 2d' Späne 4 bilden, die nach innen in Richtung des plattenförmigen Bereichs 2a geschoben werden (siehe 3). Das Zusammenpressen wird durch ein Anliegen der Rippen 2b an das Metallbauteil 3 beendet, so dass sich zwischen den beiden Bauteilen 2 und 3 keine großflächige Anlage ergibt, wie aus 3 ersichtlich. Vielmehr bleibt zwischen den beiden Bautei len 2 und 3 ausreichend Raum für die Aufnahme der Späne 4, sofern diese nicht abbrechen und ggf. endseitig herausfallen können. Wie aus 3 ersichtlich, ist im Bereich des zweiten Vorsprungs 2d eine Relativbewegung der beiden Bauteile 2 und 3 in Längsrichtung zueinander möglich, so dass beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgeglichen werden können, ohne dass es zu Spannungen oder gar zu einem Verformen der Bauteile kommt, d. h. der erste Vorsprung 2c bildet in Verbindung mit der ersten Öffnung 3c ein Festlager und der zweite Vorsprung 2d bildet in Verbindung mit der zweiten Öffnung ein Loslager. Je nach Bedarf kann das Loslager auch eine Relativbewegung der beiden Bauteile zueinander in einer anderen Richtung ermöglichen.
Um die beiden Bauteile fest aneinander zu fixieren, wird mittels Umformens des überstehenden Randes des ersten Vorsprungs 2 das Metallbauteil 3 am Kunststoffbauteil 2 durch ein außenseitiges Hintergreifen des Randes der Öffnung 3c gehalten.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird durch das Metallbauteil 3 Material vom Kunststoffbauteil abgeschabt, so dass sich auch bei relativ großen Toleranzen ein passgenauer Zusammenbau ergibt. Durch den in Zusammenbaurichtung angeordneten Zwischenraum, der auch im fertig zusammengepressten Zustand vorhanden ist, kann das abgeschabte Material, d. h. die Späne 4 aufgenommen werden, ohne dass die Qualität der Verbindung beeinträchtigt wird. Ferner ergibt sich durch den Abstand von Metallbauteil 3 und Kunststoffbauteil 2 eine größere Steifigkeit.
Beim vorliegend aus Blech gefertigten Metallbauteil kann es sich auch um ein mit unterschiedlichen Tiefen tiefgezogenes Formteil handeln, so dass die Rippen entsprechende Konturen haben können.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 6 und 7 ein zweites Ausführungsbeispiel kurz beschrieben, gemäß dem ein Hybridbauteil 1 aus einem spritzgegossenen Kunststoffbauteil 2 und einem Metallbauteil 3 gebildet ist. Das Kunststoffbauteil 2 weist einen am Grundkörper (nicht dargestellt, vorliegend ein Querträger eines Kraftfahrzeugs) vorstehenden Vorsprung 2d mit einem als Rechteckhohlprofil ausgebildeten Querschnitt auf. Das Metallbauteil 3 ist ein Blechbiegeteil mit einem plattenförmigen Bereich und einer an drei Seiten freigeschnittenen Lasche, die senkrecht über den plattenförmigen Bereich vorsteht. Hierbei weist der vorstehende Bereich einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf, wobei die Kanten in Längsrichtung scharfkantig sind, die Kanten in Richtung der Schmalseite angefast sind, um das Einführen in die Öffnung des Kunststoffbauteils 2 zu erleichtern. Auch in diesem Fall wird durch das Metallbauteil 3 Material vom Kunststoffbauteil abgeschabt, so dass sich auch bei relativ großen Toleranzen ein passgenauer Zusammenbau ergibt.
Gemäß einer Variante des zweiten Ausführungsbeispiels weist der Vorsprung des Kunststoffbauteils an seiner inneren Oberfläche an den langen Seiten in Zusammenbaurichtung verlaufende, abwechselnd nebeneinander angeordnete Wellenberge und ebene Bereiche auf, wobei in diesem Fall während des Zusammenbaus die Wellenberge über die gesamte Länge abgeschabt werden.
8 bis 12 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel für die Verbindung eines Kunststoffbauteils 2 mit einem Metallbauteil 3 zu einem Hybridbauteil 1. Hierbei weist das Kunststoffbauteil 2 zwei an gegenüberliegenden Enden eines plattenförmigen Bereichs 2a senkrecht hiervon abstehende, über die gesamte Länge des Kunststoffbauteils 2 verlaufende Rippen 2b auf. Ferner ist mittig im plattenförmigen Bereich 2a ein in gleicher Richtung vorstehender kreisförmiger Vorsprung 2c ausgebildet, der an seiner Innenmantelfläche Wellenberge 2c' und zwischen zwei Wellenbergen 2c' angeordnete ebene Bereiche 2c'' aufweist, vergleichbar denen des ersten Ausführungsbeispiels. Die Rippen 2b ragen weiter vor als der Vorsprung 2c. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist ferner ein Durchbruch 2e im plattenförmigen Bereich 2a in Verlängerung der Innenfläche des kreisförmigen Vorsprungs 2c vorgesehen. Der Vorsprung 2c weist zur Vereinfachung des Einführens eingangsseitig eine zwischen der Innenmantelfläche und der Stirnseite verlaufende Fase auf.
Das Metallbauteil 3 weist eine mittig gelochte, scheibenförmige Gestalt mit innerem in Gestalt eines Hohlzylinders senkrecht vorstehendem Rand auf. Der Scheibenaußendurchmesser des Metallbauteils 3 ist etwas größer als der Abstand der beiden Rippen 2b des Kunststoffbauteils 2, d. h. während des Zusammenbaus können die beiden Rippen 2b einen Sollabstand zwischen den einander zugewandten Flächen sicherstellen. Der Außendurchmesser des Randes ist derart bemessen, dass er etwas größer als der Durchmesser des Innenkreises an die Wellenberge 2c', aber kleiner als der Innenkreis an die ebenen Bereiche 2c'' ist. Somit wird durch die scharf ausgebildete Außenkante des Randes des Metallbauteils 3 etwas Material der Wellenberge 2c' abgeschabt. Die Höhe des Randes ist derart bemessen, dass die Stirnfläche desselben im zusammengebauten Zustand des Hybridbauteils 1 innerhalb des Durchbruchs 2e angeordnet ist (siehe 11), d. h. der Rand ragt nicht auf der Gegenseite über das Kunststoffbauteil 2 hinaus, d. h. die scharfe Kante des Metallbauteils 3 ist verdeckt, so dass Beschädigungen anderer Bauteile o. a. vermieden werden können. Ferner reicht – im Falle eines Anliegens der gegenüberliegenden Fläche des Kunststoffbauteils 2 an einem anderen Bauteil – der durch den Durchbruch 2e gebildete Raum für die Aufnahme der in Folge des Zusammenbaus erzeugten Späne.
Die 13 bis 19 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel, welches im Wesentlichen dem zuvor beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel entspricht, jedoch ist in diesem Fall die Kontaktfläche des Vorsprungs 2c des Kunststoffbauteils 2 am Außenumfang und die des Metallbauteils 3 am Innenumfang des hohlzylindrischen Randes vorgesehen, d. h. die Wellenberge 2c' und ebenen Bereiche 2c'' sind am Außenumfang des Vorsprungs 2c ausgebildet und die im Rahmen des Zusammenbaus entstehenden Späne werden – entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel – im Zwischenraum zwischen Metall- und Kunststoffbauteil aufgenommen. Wie aus 18 ersichtlich, ist nach erfolgtem Zusammenbau die Stirnseite des Randes beabstandet von dem plattenförmigen Bereich 2a des Kunststoffbauteils 2 angeordnet, so dass ggf. entstehende und nicht abbrechende Späne den Zusammenbau nicht behindern.
Die 20 bis 24 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel, welches in Bezug auf die Ausgestaltung des Kunststoffbauteils 2 dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht. Im Unterschied zum vorigen Ausführungsbeispiel ist das scheibenförmig dargestellte Metallbauteil 3 derart ausgebildet, dass es in eine flächige Anlage an den plattenförmigen Bereich 2a des Kunststoffbauteils gelangen kann. Hierbei ist das Metallbauteil 3 mit einer in Zusammenbaurichtung vorn angeordneten angeprägten Fase ausgebildet, welche eine Schneidkante bildet. Die Fase ist hierbei derart bemessen, dass sie auch als Spanaufnahmeraum dienen kann, wobei die anderen Wände des Spanaufnahmeraums durch den Vorsprung 2c und den plattenförmigen Bereich 2a des Kunststoffteils 2 gebildet werden. Hierbei sind die Spanmengen, d. h. die Breite und das Übermaß der Wellenberge und die Breite und das entsprechende Untermaß der Wellentäler in Bezug auf den Innenumfang des Metallbauteils 3, entsprechend zu berücksichtigen.
Gemäß einer nicht in der Zeichnung dargestellten Variante des fünften Ausführungsbeispiels ist um den Vorsprung im plattenförmigen Bereich eine Ringnut ausgebildet, deren Breite kleiner als die entsprechende Abmessung der Fase am Metallbauteil ist, wodurch sich der Spanaufnahmeraum entsprechend vergrößert.
Die vorstehend beschriebenen 1 bis 24 zeigen im Wesentlichen nur Ausschnitte aus einem Hybridbauteil im Bereich der Fügestelle. Die eigentliche Ausgestaltung der zusammengefügten Bauteile kann durchaus komplex sein.
Die 25 bis 32 zeigen einen kurzen als Hybridbauteil 1 ausgebildeten Querträger, welcher durch ein Kunststoffbauteil 2 und ein Metallbauteil 3 gebildet ist, wobei die beiden Bauteile 2 und 3 an mehreren Stellen miteinander verbunden sind.
Beim Kunststoffbauteil 2 handelt es sich um ein spritzgegossenes Bauteil aus einem formstabilen Kunststoff. Das Kunststoffbauteil 2 weist einen plattenförmigen Bereich 2a, senkrecht über den plattenförmigen Bereich 2a vorstehende Rippen 2b (siehe 28), welche der Versteifung und der Anlage an dem Metallbauteil 3 dienen, domartig ausgebildete Vorsprünge 2c, deren Fußbereich durch die Rippen 2b zusätzlich verstärkt ist, und kleine Führungsvorsprünge 2f auf. Hierbei sind die Vorsprünge 2c in äquidistanten Abständen in einer Reihe entlang der Mittellängsebene des Kunststoffbauteils 2 angeordnet. Die Rippen 2b verlaufen zickzackförmig in Längsrichtung des Kunststoffbauteils 2, wobei anstelle äußerer Ecken ein kurzer, parallel zur Mittellängsebene des Kunststoffbauteils 2 verlaufender Bereich vorgesehen ist. Die Rippen 2b treffen jeweils in einem 90°-Winkel versetzt zueinander auf die Fußbereiche der Vorsprünge 2c, so dass sich insgesamt eine spiegelbildliche Ausgestaltung des Kunststoffbauteils 2 bezüglich der Mittellängsebene desselben ergibt. Ferner ist das Kunststoffbauteil 2 vorliegend spiegelbildlich zur Ebene ausgebildet, welche in der Mitte des Kunststoffbauteils 2 die Mittellängsebene schneidet (Mittelquerebene). Die Führungsvorsprünge 2f sind jeweils beidseitig der Vorsprünge 2c in einer Höhe mit denselben in der Nähe des seitlichen Randes des Kunststoffbauteils 2 angeordnet, wobei die Mittellängsachsen der Vorsprünge 2c und 2f alle parallel zueinander verlaufen.
Beim Metallbauteil 3 des Hybridbauteils 1 handelt es sich um ein an der Breitseite offenes, trapezförmig gebogenes Blech mit seitlich überstehenden Rändern, das in den parallelen Flächen (Boden und überstehende Ränder) mit einer Mehrzahl von Bohrungen versehen ist. Vorliegend sind jeweils sechs Bohrungen im Boden und in jedem der beiden seitlich überstehenden Ränder vorgesehen, die jeweils in der gleichen Ebene senkrecht zur Mittellängsebene und äquidistant zu den benachbarten Bohrungen der entsprechenden Fläche angeordnet sind. Im Folgenden wird auf die Bohrungen im Boden als Öffnungen 3c und die Bohrungen in den Rändern als Führungsöffnungen 3f Bezug genommen. Der Durchmesser der Öffnungen 3c ist deutlich größer als der Durchmesser der Führungsöffnungen 3f.
Natürlich kann die Herstellung der Öffnungen bzw. Führungsöffnungen auch auf beliebige andere Weise als mittels Bohrens erfolgen, insbesondere ist eine Herstellung mittels Stanzens im Rahmen der Blechumformung möglich.
Die Länge der Vorsprünge 2c und 2f des Kunststoffbauteils 2 ist derart bemessen, dass sie im zusammengesetzten Zustand über die Oberfläche des Metallbauteils 3 überstehen, d. h. die Blechdicke des Metallbauteils 3 ist kleiner als die Länge der Vorsprünge 2c und 2f.
Nun im Detail Bezug nehmend auf die Ausgestaltung der Vorsprünge 2c des Kunststoffbauteils 2, weisen dieselben einen vom plattenförmigen Bereich 2a auskragenden Fußbereich auf, welcher mit den Rippen 2b verbunden ist, einen mit im Wesentlichen konstantem Innen- und Außendurchmesser weitergeführten Mittelbereich und einem erfindungsgemäß ausgebildeten Endbereich, welcher, wie bspw. aus 28 ersichtlich ist, mit gleichmäßig über den Umfang verteilten Wellenbergen und dazwischen angeordneten ebenen Bereichen ausgebildet ist. Hierbei ist ein Absatz zwischen dem Mittelbereich und dem Endbereich vorgesehen, wie in der Detaildarstellung von 27 ersichtlich ist. Anstelle einer ebenen Anlagefläche für das Metallbauteil 3 ist nur ein im Bereich des Außenumfangs eben verlaufender Rand in Verbindung mit einem innerhalb angeordneten, schräg zurückspringenden Bereich zur Ausbildung eines Spanaufnahmeraums vorgesehen, in welchem das im Rahmen des Zusammenbaus durch die Kanten des Metallbauteils 3 abgeschabte Material der Wellenberge aufgenommen werden kann.
Für eine abschließende Fixierung und dauerhafte Sicherung der Verbindung der beiden Bauteile 2 und 3, werden die überstehenden Endbereiche der Vorsprünge 2c und 2f mittels eines Ultraschall-Schweißverfahren plastifiziert und in Gestalt eines Nietkopfes umgeformt, wie schematisch in 32 angedeutet. Durch das Umformen ergibt sich eine unlösbare Verbindung der beiden Bauteile 2 und 3.
Die 33 bis 38 betreffen ein als Sandwich-Bauplatte ausgebildetes Hybridbauteil 1, welches vorliegend zwei als Stanzbleche ausgebildete Metallbauteile 3 und ein dazwischen angeordnetes, gitterartig ausgebildetes, spritzgegossenes Kunststoffbauteil 2 aufweist.
Die Ausgestaltung des Kunststoffbauteils 2 entspricht im Wesentlichen derjenigen, der domartigen Vorsprünge 2c des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels in Bezug auf den mittleren Bereich und Endbereich, wobei vorliegend beidseitig entsprechende Endbereiche mit Wellenbergen und dazwischen angeordneten ebenen Bereichen angeordnet sind. Die mittleren Bereiche sind durch die Gitterstruktur (Rippen 2b) miteinander verbunden. Die beiden Metallbauteile 3 sind identisch ausgebildet und weisen eine Mehrzahl gestanzter Öffnungen 3c auf.
Für ein Verbinden der einzelnen Bauteile 2 und 3, wird zuerst auf einer Seite das Kunststoffbauteil 2 mit seinen Vorsprüngen 2c in die Öffnungen 3c des Metallbauteils 3 eingepresst, wobei die Wellenberge bereichsweise durch die Kanten der Öffnungen 3c abgeschabt werden. Das spanartige, überschüssige Material wird in entsprechenden Spanaufnahmeräumen aufgenommen. Anschließend wird auf der gegenüberliegenden Seite des Kunststoffbauteils 2 das zweite Metallbauteil 3 entsprechend aufgepresst. Wie aus 34 ersichtlich, werden die überstehenden Endbereiche der Vorsprünge 2c zu Köpfen umgeformt, so dass die drei Bauteile 2 und 3 unlösbar miteinander verbunden sind.
39 zeigt im linken Bereich eine Verbindungsmöglichkeit für die Herstellung von Verbundplatten gemäß dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel und im rechten Bereich eine entsprechende Verbindungsmöglichkeit mit stark schematisch angedeutetem vertieften Bereich des oben dargestellten Metallbauteils, um einen versenkten Kopf am überstehenden Bereich des Kunststoffbauteils 2 zu ermöglichen. Dadurch ergibt sich ein verbesserter Schutz des die Verbindung sichernden Bereichs.
Unter Verwendung des Prinzips der versenkten Köpfe ergibt sich, bei entsprechender Wahl der Abmessungen, die Möglichkeit, eine ebene Außenfläche zu erzeugen, wobei die Köpfe der Vorsprünge die Vertiefungen vollständig auffüllen. Natürlich kann auch die andere Seite entsprechend ausgebildet sein, so dass beiden Außenflächen eben ausgebildet sein können.
Anstelle oder gegebenenfalls auch in Verbindung mit dem Abschaben von Kunststoffmaterial kann auch ein Verquetschen desselben treten. Unter Verquetschen wird hier im Unterschied zu einem Verpressen verstanden, dass eine gewisse Materialverschiebung erfolgt. Das Kunststoffmaterial wird während des Ein- oder Aufpressens zeitweise verquetscht und kann im zusammengefügten Zustand im Bereich des überstehenden Endes und in Bereiche mit Untermaß (d. h. zwischen den Wellenbergen bzw. in den Nuten) kriechen. Durch das Zurückkriechen des verquetschten Materials des überstehenden Endes wird ein Hinterschnitt erzeugt. Soll ausschließlich der Effekt des Verquetschens erzielt werden, so treten an Stelle von abschabenden Kanten Einlaufschrägen oder Radien.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19946349 A1 [0002]

Claims

Hybridbauteil, insbesondere für einen Querträger eines Kraftfahrzeugs oder ein Strukturbauteil, bestehend aus mindestens einem Metallbauteil (3) und mindestens einem Kunststoffbauteil (2), die fest miteinander zu besagtem Hybridbauteil (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallbauteil (3) mindestens eine schabende oder schneidende Kante aufweist, die in zusammengebauten Zustand des Hybridbauteils (1) in Kontakt mit dem Kunststoffbauteil (2) ist, und dass durch diese schneidende Kante des Metallbauteils (3) von einem überstehenden Bereich des Kunststoffbauteils (2) ein Teil des Materials spanabhebend abgetragen ist.
Hybridbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fläche des Kunststoffbauteils (2) mit Erhebungen und/oder Vertiefungen ausgebildet ist.
Hybridbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebungen durch mindestens zwei Wellenberge (2c', 2d') mit dazwischen liegenden ebenen Bereichen (2c''; 2d'') oder Vertiefungen gebildet sind.
Hybridbauteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenberge (2c'; 2d') und/oder Vertiefungen in Zusammenbaurichtung der Bauteile (2, 3) verlaufend ausgerichtet sind.
Hybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die kraft-/formschlüssige Verbindung relevante Abmessung des Metallbauteils (3) besagte schabende oder schneidende Kante aufweist, wobei der entsprechende Bereich des Kunststoffbauteils (2) bereichsweise ein Übermaß und bereichsweise ein Untermaß aufweist.
Hybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridbauteil (1) mindestens zwei Verbindungsstellen aufweist, wobei eine Verbindungsstelle als Festlager und die zweite oder weitere Verbindungsstellen als Loslager ausgebildet sind, so dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen (2, 3) im Bereich des Loslagers möglich sind.
Hybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Kunststoffbauteil (2) ein vertiefter Bereich vorgesehen ist, welcher als Spanaufnahmeraum dient.
Hybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Kunststoffbauteil (2) mindestens eine Anlagefläche vorgesehen ist, welche einen Sollabstand zwischen Kunststoffbauteil (2) und Metallbauteil (3) festlegt.
Hybridbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der überstehende Bereich des Kunststoffbauteils (2) unter Bildung eines Hinterschnitts umgeformt ist.
Querträger, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Hybridbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Platte in Sandwichbauweise, gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Hybridbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zwei plattenförmige Metallbauteile (3) mit Öffnungen (3c) vorgesehen sind, welche zwischen sich ein oder mehrere Kunststoffbauteile (2) mit beidseitig ausgebildeten Vorsprüngen (2c) aufnehmen und durch das oder die Kunststoffbauteile (2) zusammengehalten werden.