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Die Erfindung betrifft ein Beplankungsmodul in Hybridbauweise für einen Aufbau eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Im Serienfahrzeugbau von Personenkraftwagen sind zur Verringerung des Treibstoffverbrauchs und der dadurch bedingten Emissionen unter anderem Bestrebungen zur Reduzierung des Gewichts von derartigen Beplankungsmodulen wie beispielsweise Dachmodulen unternommen worden. Insbesondere Hybridbauweisen derartiger Beplankungsmodule haben sich dabei als vorteilhaft gezeigt, bei welchen wenigstens ein flächiges Beplankungselement aus einer Metalllegierung oder einem Kunststoff mit einem flächigen Kunststoffelement – beispielsweise in Sandwichbauweise – verbunden ist. Derartige Hybridbauweisen haben dabei den Vorteil, einerseits äußerst gewichtsgünstig zu sein und andererseits die Vorzüge beider Materialien nutzen zu können. Ein derartiges Beplankungsmodul der zuvor beschriebenen Art ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2009 008 873 A1 als bekannt zu entnehmen.
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Aus der
EP 1 223 032 A1 ist des Weiteren ein universell einsetzbares plattenförmiges Leichtbauteil als bekannt zu entnehmen, welches als Konstruktionselement im Fahrzeugbau, insbesondere für die Bodengruppe, zur Abdeckung der Reserveradmulde, zur Abtrennung und Begrenzung des Kofferraums sowie für Dachkonstruktionen, zum Einsatz kommt. Dabei sind zwei im Wesentlichen voneinander beabstandete und parallel zueinander verlaufende flächige Deckenplattenelemente vorgesehen, zwischen welchen eine Stützstruktur aus thermoplastischem Kunststoff vorgesehen ist. Eine der beiden Plattenelemente, die jeweils aus einer Metalllegierung gebildet sind, ist dabei flächig mit Kunststoff versehen.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2008 051 997 A1 ein Dachrahmenelement für ein Fahrzeug in Hybridbauweise bekannt, bei welchem zwischen zwei metallischen Formelementen ein Verstärkungselement aus Kunststoff angeordnet ist. Das Verstärkungselement weist dabei eine Rippenstruktur auf, um den Verbund der beiden metallischen Formelemente entsprechend auszusteifen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Beplankungsmodul der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einerseits gewichtsgünstig und Bauraum sparend ausgebildet ist und andererseits in seiner Steifigkeit besonders vorteilhaft auf Kräfte, welche vom Aufbau in das Beplankungsmodul eingeleitet werden, abstimmbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Beplankungsmodul mit den Merkmalen des Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um ein Beplankungsmodul der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einerseits besonders gewichtsgünstig und Bauraum sparend gestaltet ist und andererseits in seiner Steifigkeit auf besonders günstige Weise an Kräfte, welche vom Aufbau in das Beplankungsmodul eingeleitet werden, abstimmbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Beplankungselement und das Kunststoffelement in einem überwiegenden Flächenbereich des Beplankungsmodul aneinander anliegend ausgebildet sind und in wenigstens einem Flächenbereich des Beplankungsmoduls unter Ausbildung eines Versteifungselement voneinander beabstandet sind.
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In dem überwiegenden Flächenbereich des Beplankungsmoduls, in welchem das Beplankungselement und das Kunststoffelement aneinander anliegend ausgebildet sind, ergibt sich eine äußerst gewichtsgünstige und Bauraum sparende Gestaltung des Beplankungsmoduls. Dabei wird das äußere Beplankungselement durch das Kunststoffelement derart verstärkt, dass beispielsweise keine Beulen in Folge eines Hagelschlages entstehen können. Somit kann ein dünnwandiges flächiges Beplankungselement wie beispielsweise ein Metallblech eingesetzt werden, welches durch das Kunststoffelement verstärkt wird.
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Lediglich in denjenigen Flächenbereichen des Beplankungsmoduls, in welchen beispielsweise in Folge einer Einleitung von Kräften aus dem Aufbau eine erhöhte Struktursteifigkeit erforderlich ist, sind das Beplankungselement und das Kunststoffelement unter Ausbildung eines Versteifungselements bzw. eines hohlprofilartigen Trägerelements voneinander beabstandet. Im Bereich des Versteifungselements wird demzufolge eine Art Kastenprofil geschaffen, welches hohl oder zumindest bereichsweise ausgefüllt ausgestaltet ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich dabei als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das Beplankungselement als dünnwandiges Metallblech, insbesondere als dünnwandiges Stahlblech ausgestaltet ist. Hierdurch kann eine günstig lackierbare und damit besonders hochwertige Außenbeplankung dargestellt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Kunststoffelement, welches mit dem Beplankungselement verbunden ist, aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet ist. Durch einen derartigen Kunststoff ist – bezogen auf sein Gewicht – ein besonders stabiles und steifes Kunststoffelement bzw. Beplankungselement insgesamt zu schaffen.
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Dabei hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn eine Faserverstärkung des Kunststoffelements auf den an dem Beplankungsmodul anliegenden Flächenbereich und den wenigstens einen – das Versteifungselement bildenden – Flächenbereich des Beplankungsmoduls abgestimmt ist. Eine derartige Abstimmung kann insbesondere vorsehen, dass die Faserlagen der Faserverstärkung beispielsweise in Richtung und Anzahl an die Belastung angepasst sind. So ist es beispielsweise insbesondere denkbar, dass in demjenigen Flächenbereich, der das Versteifungselement bildet, eine stabilere Faserverstärkung vorgesehen wird als im überwiegenden Flächenbereich, in welchen das Beplankungselement des Kunststoffelements aneinander anliegen. Beispielsweise ist es denkbar, im Flächenbereich des Versteifungselements mehr Fasern vorzusehen als im überwiegenden Flächenbereich des Beplankungsmoduls.
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Das vorstehend beschriebene Beplankungsmodul eignet sich dabei insbesondere als Dachmodul, wobei das wenigstens eine Versteifungselement einen Dachquerträger, einen Dachspiegel oder dergleichen Dachrahmenteil ausbildet. Gerade derartige, großformatige Dachmodule bieten nämlich ein erhebliches Gewichtseinsparungspotential, was vorliegend optimal ausgeschöpft werden kann. So kann durch das vorliegende Beplankungsmodul ein Dachmodul geschaffen werden, welches in Folge der geringen Materialdicke des Beplankungselements äußerst gewichtsgünstig hergestellt werden, wobei das flächige Kunststoffelement eine hinreichende Verstärkung bzw. Aussteifung gewährleistet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass ein Hohlraum des Versteifungselements zumindest teilweise durch einen Kunststoff ausgefüllt ist. Bei diesem Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um einen entsprechenden Schaumstoff, welcher besonders gewichtsgünstig ist und somit insgesamt zur leichten und steifen Gesamtkonfiguration des Beplankungsmoduls beiträgt. Durch das Ausfüllen des Hohlprofils des Versteifungselements wird zudem erreicht, dass auch in diesem Flächenbereich des Beplankungsmoduls das äußere Beplankungselement hinreichend abgestützt ist, so dass beispielsweise bei einem Hagelschlag die Gefahr von Beulen stark reduziert ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass in dem Hohlraum des Versteifungselements Kabel, Kanäle oder dergleichen Leitungen verlegt sind. Somit kommt dem Versteifungselement eine Doppelnutzung zu, nämlich einerseits die Aussteifung des Beplankungsmoduls und andererseits die verborgene Aufnahme entsprechender Leitungen.
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Das vorliegende Beplankungsmodul zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass sich das Kunststoffelement zumindest annährend über die gesamte Breite bzw. Länge des Beplankungsmoduls erstreckt. Mit anderen Worten sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform vor, dass das Kunststoffelement in seiner Dimensionierung zumindest annähernd an das Beplankungselement angepasst ist.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Beplankungselement und das Kunststoffelement in wenigstens einem Flächenbereich des Beplankungsmoduls unter Ausbildung eines Aufnahmeraums für eine Komponente voneinander beabstandet sind. Somit kann auf einfache Weise eine entsprechende Komponente, beispielsweise ein Sicherungskasten, eine Steuerungseinheit oder eine Bedieneinheit, in das Beplankungsmodul integriert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine perspektivische und schematische Schnittansicht auf ein Beplankungsmodul in Hybridbauweise in Form eines Dachmoduls für einen Aufbau eines Personenkraftwagens, mit einem flächigen Beplankungselements und einem mit diesem verbundenen flächigen Kunststoffelement, wobei das Beplankungselement und das Kunststoffelement in einem überwiegenden Flächenbereich des Beplankungsmoduls aneinander anliegend und in drei jeweiligen Flächenbereichen des Beplankungsmoduls unter Ausbildung eines jeweiligen Versteifungselements in Form eines Dachspiegels bzw. in Form von jeweiligen Dachquerträgern voneinander beabstandet sind; und
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2 eine gegenüber 1 ausschnittsweise vergrößerte Schnittansicht des Beplankungsmoduls im vorderen Bereich rund um einen vorderen Dachträgers.
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In 1 ist in einer perspektivischen und schematischen Schnittansicht ein Beplankungsmodul in Form eines Dachmoduls 10 in Hybridbauweise dargestellt. Dieses Dachmodul 10 ist dabei in eine Dachöffnung eines Aufbaus eines Kraftwagens – vorliegend einer Personenkraftkarosserie – eingesetzt. In 1 erstreckt sich die Schnittebene, entlang welcher das Dachmodul 10 geschnitten dargestellt ist, vertikal und in Fahrzeuglängsrichtung.
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Dabei ist insbesondere erkennbar, dass das Dachmodul 10 ein flächiges Beplankungselement 12 umfasst, welches außenseitig angeordnet ist bzw. in diesem Bereich der Karosserie deren Außenbeplankung bildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Beplankungselement 12 durch ein dünnwandiges Metallblech, insbesondere ein dünnwandiges Stahlblech, geschaffen. Alternativ wäre anstelle einer Stahllegierung natürlich auch die andere Metalllegierung, insbesondere eine Aluminiumlegierung, denkbar.
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Zur Aussteifung des dünnwandigen Beplankungselements 12 dient ein flächiges Kunststoffelement 14 in Form einer Schicht, welche auf der Innenseite des Dachmoduls 10 angeordnet und mit dem Beplankungselement 12 verbunden ist. Dabei ist erkennbar, dass das Kunststoffelement 14 sich über die zumindest annähernd in gesamte Fläche des Dachmoduls 10, also über die zumindest annähernd gesamte Länge und Breite des Beplankungselements 12, erstreckt. Im Unterschied zu anderen Herstellungsverfahren, bei welchen das jeweilige Kunststoffelement beispielsweise nur einen Teilbereich des Beplankungselements 12 abdeckt, ist vorliegend also eine großflächige und zumindest überwiegende Verbindung des Kunststoffelements 14 mit dem Beplankungselement 12 vorgesehen. Dies kann beispielsweise durch Verkleben des Kunststoffelements 14 mit dem Beplankungselements 12 oder durch unmittelbares Aufbringen des Kunststoffelements 14 auf das Beplankungselements 12 erfolgen.
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Das Dachmodul 10 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei, in Fahrzeugquerrichtung verlaufende, Dachrahmenteile, nämlich einen vorderen Dachquerträger 16, einen hinteren Dachquerträger 18 sowie einen zwischen den beiden Dachquerträgern 16, 18 angeordneten Dachspriegel 20. Diese Dachrahmenteile 16, 18, 20 stellen ein jeweiliges Versteifungselement des vorliegenden Dachmoduls 10 dar.
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Wie anhand von 2 in einer ausschnittsweisen und vergrößerten Schnittansicht des Dachmoduls 10 im Bereich des vorderen Dachquerträgers 16 erkennbar ist, werden die Versteifungselemente 16, 18, 20 des Dachmoduls 10 dadurch gebildet, dass in einem jeweilig korrespondierenden Flächenbereich 22, 24, 26 des Dachmoduls 10 das Kunststoffelement 14 von dem Beplankungselement 12 beabstandet ausgebildet ist. In diesen jeweiligen Flächenbereichen 22, 24, 26 ist nämlich das Kunststoffelement 14 entsprechend mit einer jeweiligen wannenartigen Vertiefung 28 versehen, welche eine Breitseite 30 sowie Schmalseiten 32 und 34 umfasst. Durch diese jeweilige wannenartige Vertiefung 28 ergibt sich somit das jeweilige, in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Versteifungselement (vorderer Dachquerträgers 16, hinterer Dachquerträger 18, Dachspriegel 20), dessen jeweiliger Hohlraum 36 nach oben hin durch das flächige Beplankungselement 12 aus dünnwandigem Stahlblech verschlossen wird.
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Der jeweilige Hohlraum 36 des entsprechenden Versteifungselements (vorderer Dachquerträgers 16, hinterer Dachquerträger 18, Dachspriegel 20) ist dabei – wie dies insbesondere aus 2 erkennbar ist – durch einen Kunststoff, insbesondere einen Schaumstoff, zumindest teilweise oder wie hier dargestellt vollständig ausgefüllt. Außerdem sind innerhalb des Hohlraums 36 Kabel, Kanäle oder dergleichen Leitungen 38 verlegt. Somit sind diese Leitungen 38 besonders Platz sparend und verborgen angeordnet.
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Nach Art des jeweiligen Versteifungselements 16, 18, 20 kann darüber hinaus ein Aufnahmeraum für eine Komponente oder dergleichen ausgebildet sein, welcher dadurch gebildet ist, dass das Beplankungselement 12 und das Kunststoffelement 14 ebenfalls voneinander beabstandet sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dabei der Aufnahmeraum an die entsprechende Komponente angepasst, so dass eine besonders Bauraum sparende Anordnung entsteht.
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Anhand von 2 ist zudem erkennbar, dass das Beplankungselement 12 und das Kunststoffelement 14 im vorderen Bereich des Dachmoduls 10 einen Flansch 46 ausbilden, auf welchen eine Windschutzscheibe 44 des Kraftwagens unter Vermittlung einer Kleberraupe 48 ruht.
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Insbesondere aus 1 ist des Weiteren erkennbar, dass das Beplankungselement 12 und das Kunststoffelement 14 mit Ausnahme der Flächenbereiche 22, 24, 26 der Versteifungselemente (vorderer Dachquerträgers 16, hinterer Dachquerträger 18, Dachspriegel 20), also in einem überwiegenden Flächenbereich des Dachmoduls 10 aneinander anliegend ausgebildet sind. Dieser überwiegende Flächenbereich des Dachmoduls 10 setzt sich vorliegend im Wesentlichen aus den Teilbereichen 40 und 42 zwischen den Flächenbereichen 22, 24, 26 zusammen. In den Teilbereichen 40 und 42 ist das Beplankungselement 12 durch das anliegende Kunststoffelement 14 entsprechend verstärkt, um beispielsweise gegenüber einem Hagelschlag eine hinreichende Stabilität zur Vermeidung von Dachbeulen oder dergleichen aufzuweisen. Somit kann als Beplankungselement 12 ein dünnwandiges Stahlblech oder dergleichen eingesetzt werden, ohne dass es bei witterungsbedingten Beaufschlagungen zu nachteiligen Effekten kommt.
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In den weiteren Flächenbereichen 22, 24, 26, in welchen die entsprechende Versteifungselemente 16, 18, 20 ausgebildet sind, ergibt sich durch die kastenprofilartige Anordnung des Beplankungselements 12 des Kunststoffelements 14 in einem entsprechenden Abstand zueinander die gewünschte Aussteifung, um eine entsprechende Gesamtsteifigkeit des Dachmoduls 10 zu erreichen. Somit wird in den Teilbereichen 40 und 42 eine Dachbeplankung mit hoher Schadenstoleranz bzw. hoher Steifigkeit erreicht und in den Flächenbereichen 22, 24, 26 eine entsprechende Aussteifungen.
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Das Kunststoffelement 14 ist dabei vorzugsweise mit einer Faserverstärkung, welche in den Figuren nicht erkennbar ist, versehen, die in der Faserlager an die jeweilige Belastung angepasst ist. So ist es beispielsweise denkbar, in den beabstandeten Flächenbereichen 22, 24, 26 eine größere Anzahl an Fasern einzusetzen als in den Teilbereichen 40, 42, in welchen das Kunststoffelement 14 den sandwichartigen, anliegenden Verbund mit dem Beplankungselement 12 bildet. Bevorzugter Weise kommen dabei als Fasern solche aus Carbon, Glas, oder Aramid zum Einsatz.
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Das vorliegende Beplankungsmodul kann nicht nur – wie hier dargestellt – als Dachmodul 10 zum Einsatz kommen, sondern auch an anderen Stellen des Kraftwagenaufbaus. Dabei ist das Beplankungsmodul nicht nur für Personenkraftwagen geeignet, sondern auch für andere Aufbauten von Kraftwagen bzw. Fahrzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009008873 A1 [0002]
- EP 1223032 A1 [0003]
- DE 102008051997 A1 [0004]
