-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stützelement, insbesondere einen Dachspriegel, für eine Kraftfahrzeugkarosserie.
-
Um sich fortlaufend verschärfende gesetzliche Anforderungen an den Kraftstoffverbrauch der Kraftfahrzeuge erfüllen zu können, sind drastische Maßnahmen zur Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge erforderlich. Da eine solche Gewichtsreduzierung nicht zu Lasten der Insassensicherheit gehen darf, kann sie nur erreicht werden, indem in den Kraftfahrzeugkarosserien neuartige Bauelemente eingesetzt werden, die die erforderliche strukturelle Stabilität der Fahrzeugkarosserie bei geringem Gewicht erreichen.
-
Es ist z. B. in
DE 20 2008 015 399 U1 eine Dachstruktur für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen worden, die aus einem Grundkörper aus oberflächenvorbehandeltem Metall und einem an diesen Grundkörper angespritzten Kunststoff besteht. Voraussetzung dafür, dass eine Verbundstruktur aus Kunststoff und Metall eine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht erreichen kann, ist ein belastbarer, großflächiger Zusammenhalt ihrer aus Metall bzw. Kunststoff bestehenden Komponenten. Um überhaupt eine Haftung des Kunststoffs am Metall zu ermöglichen, muss das Metall geeignet oberflächenbehandelt werden. Ein solcher häufig mit einem Tauchbad oder dergleichen verbundener Behandlungsschritt zwischen dem Formen des Metallteils und dem Anspritzen des Kunststoffmaterials daran ist in die etablierten Fertigungsabläufe bei der Automobilproduktion nur mit hohem Aufwand zu integrieren. Wenn die Kunststoff-Metall-Verbindung merklich altert, ergibt sich das Problem, dass die von ihr geforderte strukturelle Stabilität möglicherweise nicht mehr während der gesamten Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs gewährleistet ist. Bleibt hingegen die Qualität der Verbindung über die ganze Lebensdauer des Kraftfahrzeugs hinweg gut, dann ergeben sich durch die innige Verbindung von Metall und Kunststoff Schwierigkeiten bei der stofflichen Wiederaufbereitung.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Stützelement für eine Kraftfahrzeugkarosserie zu schaffen, das eine anhaltend hohe Belastbarkeit bei minimalem Gewicht garantiert.
-
Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Stützelement, insbesondere einem Dachspriegel, für eine Kraftfahrzeugskarosserie, das wenigstens ein Schalenteil und eine in einem Hohlraum des Schalenteils spritzgeformte Versteifungsstruktur aus Kunststoff umfasst, das Schalenteil aus einem Organoblech gefertigt ist. Die Bezeichnung Organoblech wird verwendet für plattenförmige Verbundwerkstoffe, bei denen ein Gewebe, z. B. aus Glas-Kohle- oder Kunststofffasern, in eine thermoplastische Matrix eingebettet ist. Organoblech kann wie Metallblech zugeschnitten und gelocht werden, und wenn seine thermoplastische Matrix ausreichend erwärmt ist, kann es wie Metallblech, allerdings unter Einsatz kleinerer Verformungskräfte und dementsprechend leichterer und preiswerterer Maschinerie, dreidimensional verformt werden.
-
Da die Oberfläche des Organoblechs aus Kunststoff besteht, entfällt das Problem, eine dauerhafte Metall-Kunststoff-Verbindung zu schaffen. Eine besonders innige Verbindung zwischen den Kunststoffmaterialien des Organoblechs und des Schalenteils kann erhalten werden, wenn das Schalenteil ein Matrixmaterial aufweist, welches durch das Spritzformen der Versteifungsstruktur anschmelzbar ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Matrixmaterial und das Material der Versteifungsstruktur gleich sind.
-
Anders als bei einem Metall-Kunststoff-Verbund ist das Recycling des Stützelements einfach, da Matrix und Fasern durch Schmelzen der Matrix oder geeignete Lösungsmittel voneinander getrennt werden können. Auch hierfür ist es zweckmäßig, wenn die Materialien von Matrix und Versteifungsstruktur dieselben sind oder zumindest weitgehend gleiche Inhaltsstoffe enthalten.
-
Ein fester Zusammenhalt zwischen Schalenteil und Versteifungsstruktur kann ferner dadurch gefördert werden, dass das Schalenteil von der Versteifungsstruktur durchsetzte Durchbrüche aufweist.
-
Vorzugsweise ist die Versteifungsstruktur an diesen Durchbrüchen formschlüssig verankert, insbesondere, indem sie sich auf beiden Seiten des Schalenteils über die Ränder des Durchbruchs hinaus erstreckt.
-
Eine hohe Belastbarkeit der Versteifungsstruktur bei geringem Gewicht ist erreichbar, wenn diese den Hohlraum des Schalenteils kreuzende Rippen aufweist.
-
Um die von diesen Rippen aufgenommenen Kräfte effizient in das Schalenteil einzuleiten, sollten wenigstens einige der Durchbrüche an den Enden dieser Rippen angeordnet sein.
-
Die Versteifungsstruktur kann insbesondere ein Fachwerk von einander kreuzenden Rippen umfassen.
-
In diesem Fall ist es für eine effiziente Kraftübertragung zwischen Schalenteil und Versteifungsstruktur ferner zweckmäßig, wenn wenigstens einige der Durchbrüche an Kreuzungspunkten der Rippen angeordnet sind.
-
Um die Versteifungsstruktur in dem Schalenteil spritzformen zu können, sollte der Hohlraum des Schalenteils einseitig offen sein. Bei einem langgestreckten Schalenteil kann der Hohlraum daher zweckmäßigerweise die Form einer Rinne haben.
-
Beiderseits der Rinne können sich langgestreckte Flansche anschließen, die zusammen mit der Rinne einen hutförmigen Querschnitt des Schalenteils bilden. Die Flansche dienen zweckmäßigerweise zur Befestigung eines oder mehrerer gestützter Karosserieteile an dem Stützelement.
-
Eine in Längrichtung des Schalenteils verlaufende Sicke kann zu dessen Tragfähigkeit beitragen. Andererseits kann die Sicke auch einen Kleber zur Befestigung eines von dem Stützelement gestützten Karosserieteils aufnehmen. Eine solche Sicke kann in jedem der oben erwähnten Flansche gebildet sein, aber auch in der Rinne selbst.
-
Ein an das Schalenteil angefügtes metallisches Ansatzstück ermöglicht die Montage des Stützelements mit herkömmlichen Techniken wie etwa Nieten und insbesondere Schweißen an anderen, eventuell metallischen Teilen einer Kraftfahrzeugkarosserie.
-
Eine feste Verbindung zwischen dem Ansatzstück und dem Schalenteil kann vorzugsweise dadurch hergestellt werden, dass Verbindungskörper sich durch miteinander überlappende Durchbrüche des Ansatzstücks und des Schalenteils erstrecken.
-
Wenn diese Verbindungskörper einteilig mit der Versteifungsstruktur ausgebildet sind, können in einem einzigen Prozessschritt Schalenteil und Ansatzstück aneinander fixiert und die Versteifungsstruktur ausgebildet werden.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
-
1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Schalenteils und zweier Ansatzstücke eines Dachspriegels für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
2 eine perspektivische Ansicht des vollständigen Dachspriegels;
-
3 den Dachspriegel, montiert an zwei seitlichen Dachrahmenprofilen;
-
4 einen ersten Querschnitt des Dachspriegels der 2;
-
5 einen zweiten Querschnitt des Dachspriegels;
-
6 einen zu 5 analogen Querschnitt gemäß einer abgewandelten Ausgestaltung;
-
7 einen zu 4 analogen Querschnitt gemäß einer weiteren abgewandelten Ausgestaltung;
-
8 einen Teillängsschnitt durch ein Endstück des Dachspriegels;
-
9 einen Querschnitt des Endstücks;
-
10 eine perspektivische Ansicht schräg von oben eines Dachspriegels gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
-
11 eine perspektivische Ansicht des Dachspriegels der 10, gesehen schräg von unten; und
-
12 einen Querschnitt des Dachspriegels der 10 und eines Abschnitts eines von dem Dachspriegel unterstützten Dachs einer Kraftfahrzeugkarosserie.
-
1 zeigt in einer perspektivischen auseinandergezogen Ansicht schräg von oben ein Schalenteil 1 sowie zwei Ansatzstücke 2 eines Dachspriegels für eine Kraftfahrzeugkarosserie gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung. Das Schalenteil 1 ist aus einem Organoblech, d. h. einem Kunststoff-Verbundwerkstoff mit in einer thermoplastischen Matrix eingebetteten Fasern, zugeschnitten und durch Prägen, Tiefziehen oder dergleichen dreidimensional geformt. Das langgestreckte Schalenteil 1 hat eine nach oben offene, hutähnliche Querschnittsform mit einer langgestreckten, flachen und breiten zentralen Rinne 3 und an den Rändern der Rinne 3 anschließenden streifenförmigen Flanschen 4. Bodenfläche und Seitenwände der Rinne 3 sind jeweils mit einer geraden Reihe von Durchbrüchen 5, 6 versehen. Die Durchbrüche 5, 6 sind jeweils in ihrer Reihe gleichmäßig beabstandet, und die Durchbrüche 6 der Seitenwände sind in Längsrichtung des Schalenteils 1 jeweils um je einen halben Abstand gegen die Durchbrüche 5 der Bodenfläche versetzt. Weitere Reihen von vergleichsweise eng beabstandeten Durchbrüchen 7 befinden sich an beiden Enden des Schalenteils 1. An den Flanschen 4 ist jeweils eine sich in deren Längsrichtung über einen Großteil der Länge des Schalenteils 1 erstreckende Sicke 8 geformt. Die Sicken 8 sind wie die Rinne 3 nach oben offen.
-
Die aus Blech geformten Ansatzstücke 2 sind jeweils in einen dem Schalenteils 1 zugewandten Abschnitt komplementär zu diesem geformt und mit in Größe und Anordnung zu den Durchbrüchen 7 passenden Durchbrüchen 9 versehen. Ein von dem Schalenteil 1 abgewandter Bereich jedes Ansatzstücks 2 ist mit Konturen 10 versehen, die geformt sind, um sich eng an einem Längsträger eines Dachrahmens sowie ggf. an eine von dem Längsträger abzweigende B-Säule anzuschmiegen.
-
2 zeigt eine Ansicht eines vollständigen erfindungsgemäßen Dachspriegels, in welchem die Ansatzstücke 2 mit dem Schalenteil 1 durch eine Versteifungsstruktur 11 fest verbunden sind. Die Versteifungsstruktur 11 umfasst eine sich in Längsrichtung des Schalenteils 1 erstreckende Längsrippe 12 sowie eine Vielzahl von Querrippen 13, deren Enden einander paarweise an den Seitenwänden der Rinne 3 jeweils in Höhe der Durchbrüche 6 berühren und die einander und die Längsrippe 12 jeweils oberhalb der Durchbrüche 5 kreuzen. Die Rippen 12, 13 bilden so ein Fachwerk mit zwei Reihen von Fächern beiderseits der Längsrippe 12, die jeweils die Form von im Wesentlichen gleichschenkligen Dreiecken haben und nach unten durch den Boden der Rinne 3 verschlossen sind.
-
Während die Versteifungsstruktur 11 am Schalenteil 1 auf das Innere der Rinne 3 beschränkt ist und nicht auf die danebenliegenden Flansche 4 ausgreift, weist sie jeweils in Höhe der Ansatzstücke 2 zwei seitwärts ausgreifende Laschen 14 auf, die die einander überlappenden Bereiche des Schalenteils 1 und der Ansatzstücke 2 mit den darin gebildeten Durchbrüchen 7, 9 überdecken.
-
3 zeigt den vollständigen Dachspriegel, hier zusammenfassend mit 15 bezeichnet, montiert zwischen zwei Längsträgern 16 eines Dachrahmens einer Kraftfahrzeugkarosserie. Die Konturen 10 der Ansatzstücke 2 sind formschlüssig mit komplementären Konturen der Längsträger 16 zusammengefügt und definieren so exakt die vorgesehene Einbauposition des Dachspriegels 15. Die metallischen Ansatzstücke 2 erlauben es, den Dachspriegel 15 genau wie einen herkömmlichen, aus Blech geformten Dachspriegel durch Schweißen, Nieten oder andere dem Fachmann vertraute Weise an den Längsträgern 16 zu montieren.
-
An einer Unterkante des dem Betrachter zugewandten Längsträgers 16 in 3 sind in Höhe des Dachspriegels 15 Konturen 17 zu erkennen, die den Angriffpunkt einer B-Säule an den Längsträgern 16 markieren. Der Dachspriegel 15 bildet somit in der fertig zusammengebauten Karosserie eine Querverbindung zwischen den oberen Enden der B-Säulen.
-
4 zeigt einen schematischen Querschnitt des Dachspriegels 15 entlang einer vertikalen Ebene, die sich durch zwei einander gegenüberliegenden Durchbrüchen 6 an den Seitenwänden der Rinne 3 erstreckt. Die Schnittebene kreuzt die Längsrippe 12 sowie die von der Längsrippe 12 abgewandten Spitzen 18 von Querrippen 13, die an den Durchbrüchen 6 in den Seitenwänden der Rinne 3 aufeinandertreffen.
-
Während des Anspritzens der Versteifungsstruktur 11 an das Schalenteil 1 ist Material der Versteifungsstruktur 11 durch die Durchbrüche 7 hindurchgetreten und hat sich an der Außenseite der Rinne 3 über die Ränder der Durchbrüche 6 hinaus ausgebreitet. Die Versteifungsstruktur 11 ist daher nicht nur entlang der Ränder ihrer Rippen 11, 12 mit der thermoplastischen Matrix des Schalenteils 1 verschmolzen, sondern durch Vorsprünge 19, die aus dem durch die Durchbrüche 6 hindurch getretenen Material entstanden sind, auch formschlüssig an dem Schalenteil 1 verankert. Die Vorsprünge 19 können jeweils an den einzelnen Durchbrüchen 6 ähnlich Nietenköpfen lokalisiert sein, es können aber auch die einzelnen Vorsprünge zu einem kontinuierlichen, sich entlang der Rinne 3 erstreckenden Band verschmolzen sein.
-
In den Sicken 8 ist jeweils eine Klebstoffraupe 20 zu sehen, die den Dachspriegel 15 fest mit einem sich darüber erstreckenden Dachblech 21 verbindet.
-
5 zeigt einen Querschnitt durch denselben Dachspriegel 15 entlang einer gegen die Schnittebene der 4 parallel verschobenen, durch einen der Durchbrüche 5 am Boden der Rinne 3 verlaufenden Schnittebene. Die Längsrippe 12 erscheint in diesem Schnitt verbreitert, da sie in der Schnittebene von zwei Querrippen 13 gekreuzt wird. Auch hier ist Material der Versteifungsstruktur 11 über den Durchbruch 5 aus der Rinne 3 ausgetreten, um an deren Unterseite eine die Versteifungsstruktur 11 formschlüssig verankernden Vorsprung oder Kopf 22 zu bilden.
-
Um den Beitrag der Verschmelzung der thermoplastischen Materialien von Schalenteil 1 und Versteifungsstruktur 11 zur Verankerung der Versteifungsstruktur 11 zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, die Kontaktfläche zwischen den Rippen der Versteifungsstruktur 11 und dem Schalenteil 1 zu vergrößern. Im Falle der in 6 gezeigten Variante ist die Kontaktfläche der Längsrippe 12 vergrößert, indem diese mit einem umgekehrt T-förmigen Querschnitt versehen ist, wobei der Querbalken des T den Boden der Rinne 3 berührt.
-
In analoger Weise können auch die Querrippen 13 an ihrem am Boden der Rinne 3 anliegenden Rand durch einen Querbalken 23 verbreitert sein, wie in 7 zu sehen.
-
8 zeigt einen partiellen Längsschnitt durch ein Ende des Schalenteils 1 und das daran angefügte Ansatzstück 2. Die Schnittebene verläuft außerhalb der Rinne 3 durch einen Endabschnitt eines der Flansche 4. 9 zeigt einen Querschnitt des Dachspriegels 15 entlang der in 8 mit IX-IX bezeichneten Ebene. Während man den Querschnitten der 4 bis 7 erkennen kann, dass der Boden der Rinne 3 zwischen den Rippen 12, 13 jeweils nicht von der Versteifungsstruktur 11 bedeckt ist, erstreckt sich in dem Schnitt der 9 eine durchgehende Schicht der Versteifungsstruktur 11 über die gesamte Breite der Rinne 3 und, in Form der Laschen 14, weiter bis zu den Außenkanten der Flansche 4. Durch die überlappenden Durchbrüche 7, 9 des Schalenteils und der Ansatzstücke 2 hindurch getretenes Material der Versteifungsstruktur 11 bildet eine sich in gleicher Weise über die gesamte Breite des Spriegels 15 erstreckende Schicht 24 an dessen Unterseite. Indem das Material der Versteifungsstruktur 11 an Ober- und Unterseite des Schalenteils 1 und des Ansatzstücks 2 anliegt und sich durch die zahlreichen Durchbrüche 7, 9 erstreckt, hält es das Schalenteil 1 und das Ansatzstück 2 dauerhaft spielfrei aneinander fixiert.
-
Die 10, 11 und 12 zeigen einen Dachspriegel 25 gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung. Wie bei der oben beschriebenen ersten Ausgestaltung setzt sich der Dachspriegel 25 zusammen aus einem Schalenteil 26 aus Organoblech, Ansatzstücken 2 aus Metallblech und einer Versteifungsstruktur 27 aus thermoplastischem Kunststoff. Das Schalenteil 26 bildet eine flache Rinne, die, anders als die mit Bezug auf 1 bis 9 beschriebene Rinne 3, in Einbaulage des Dachspriegels 25 nach unten offen ist. An die Längsränder der Rinne seitlich anschließende Flansche sind entfallen; stattdessen sind Sicken 28 zur Aufnahme einer Klebstoffraupe unmittelbar in der nach oben gekehrten Bodenfläche der Rinne gebildet. Von der Versteifungsstruktur 27 sind in 10 nur zwei Streifen 29 an den Enden des Schalenteils 26 zu sehen. Ein Fachwerk aus Längs- und Querrippen 12, 13 der Versteifungsstruktur 27 erstreckt sich an der Unterseite des Schalenteils 26, wie in 11 gezeigt.
-
Wenn eine fertig montierte Kraftfahrzeugkarosserie zur Vorbereitung des Lackierens in ein Grundierbad getaucht wird, können, da die Fächer des Fachwerks nach unten offen sind, keine Reste des Tauchbades nach dem Tauchen in den Fächern zurückbleiben. Es sind daher keine speziellen Maßnahmen erforderlich, um vor dem Lackieren Reste des Tauchbades zu beseitigen. Dass Luft während des Tauchens in den Fächern gefangen bleiben kann und das Tauchbad somit möglicherweise den Dachspriegel 25 nicht auf seiner gesamten Oberfläche benetzt, ist nicht weiter störend, da die Kunststoffoberflächen des Dachspriegels 25 eine Lackierung als Korrosionsschutz nicht benötigen und sie am fertigen Kraftfahrzeug auch nicht sichtbar sind.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schalenteil
- 2
- Ansatzstücke
- 3
- Rinne
- 4
- Flansch
- 5
- Durchbruch
- 6
- Durchbruch
- 7
- Durchbruch
- 8
- Sicke
- 9
- Durchbruch
- 10
- Kontur
- 11
- Versteifungsstruktur
- 12
- Längsrippe
- 13
- Querrippe
- 14
- Lasche
- 15
- Dachspriegel
- 16
- Längsträger
- 17
- Kontur
- 18
- Spitze
- 19
- hindurchtretendes Material
- 20
- Klebstoffraupe
- 21
- Dachblech
- 22
- Kopf
- 23
- Querbalken
- 24
- Schicht
- 25
- Dachspriegel
- 26
- Schalenteil
- 27
- Ansatzstück
- 28
- Sicke
- 29
- Streifen
-
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 202008015399 U1 [0003]
