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Die Erfindung betrifft ein Hybridbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, das zumindest ein Metallelement und ein das Metallelement umgebendes und mit dem Metallelement zumindest einen Formschluss bildendes Kunststoffelement aufweist, wobei das Hybridbauteil eingerichtet ist, eine zumindest kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung mit einem karosserieseitigen Element eines Fahrzeugs einzugehen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Hybridbauteil.
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Hybridbauteile finden zwischenzeitlich vermehrt im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen Anwendung.
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Üblicherweise sind bei der Dimensionierung von Bauteilen für Kraftfahrzeuge sowie der entsprechenden Materialauswahl im Hinblick auf die entsprechenden Bauteilanforderungen bzw. -belastungen im Fahrzeug insbesondere die jeweiligen Material- bzw. Werkstoffeigenschaften von großer Bedeutung. Am häufigsten kommen in Kraftfahrzeugen vor diesem Hintergrund Metallmaterialien, beispielsweise bei mechanisch (statisch oder dynamisch) beanspruchten Bauteilen, und Kunststoffmaterialien, beispielsweise unter Gesichtspunkten hinsichtlich der Gewichtsreduktion von Kraftfahrzeugen oder aus ästhetischen Erwägungen, zum Einsatz.
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Hybridbauteile umfassen mindestens zwei unterschiedliche Werkstoffe. Der Einsatz von Hybridbauteilen bietet unter anderem den Vorteil, unterschiedliche Werkstoffe in einem Formteil miteinander in Kombination zu bringen, um dadurch die gewünschten Werkstoffeigenschaften beider Werkstoffe vorteilhaft zu kombinieren. So entsteht ein Materialverbund mit physikalischen Eigenschaften, die mit homogenen Werkstoffen nicht zu erzielen wären. Auch die Fertigung von Hybridbauteilen beruht üblicherweise auf der Kombination zweier herkömmlicher Produktionsverfahren, nämlich dem Metalltiefziehen sowie dem Kunststoffspritzgießen.
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Ein Beispiel eines herkömmlichen Konstruktions- und Herstellprinzips von Hybridbauteilen gestaltet sich wie folgt: Ein tiefgezogenes und üblicherweise gelochtes Stahlblechteil wird ähnlich der Insert-Technik in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und mit einem geeigneten Kunststoff umspritzt. Dabei dringt die Kunststoffschmelze durch die eingestanzten Öffnungen bzw. Löcher des Stahlblechs und bildet zwischen der Formmeßwand des Werkzeugs und dem eingelegten Metallteil einen Nietkopf. Auf diese Weise entsteht eine hochbelastbare Kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen beiden Komponenten.
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Beispielsweise im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen wird mit dem Einsatz von Hybridbauteilen eine Gewichtsreduktion von Kraftfahrzeugen erzielt, welche somit emissionsärmer und bei verringertem Kraftstoffverbrauch betrieben werden können.
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Allerdings ist der Einsatz von Hybridbauteilen insoweit problembehaftet, als zumindest das Metallelement des Hybridbauteils bei Anbindung an ein karosserieseitiges Bauteil bzw. Element des Kraftfahrzeugs aufgrund des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Metallelements zu einem Spannungsaufbau in der Verbindung bzw. Kopplung des Hybridbauteils mit dem Karosseriebauteil führen kann; dies insbesondere dann, wenn eine kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Verklebung, zwischen dem Hybridbauteil und dem Karosseriebauteil vorliegt. Ein derartiger Spanungsaufbau tritt zum Beispiel bei Verwendung eines Metallelements aus Aluminium auf, was zu hohen Spannungen in der stoffschlüssigen Verbindung, nämlich der Klebung bzw. Klebschicht zwischen dem Kunststoffelement sowie dem karosserieseitigen Bauteil, führen kann. Zwar findet in dieser stoffschlüssigen Verbindung ein Abbau der Spannungen statt. Jedoch wird die Verbindung zwischen den Bauteilen dadurch aber nachhaltig beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Hybridbauteile derart weiterzubilden, dass Spannungen in der stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Hybridbauteil und dem karosserieseitigen Bauteil, die insbesondere durch die Wärmeausdehnung hervorgerufen werden, möglichst gering gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße Hybridbauteil für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst zumindest ein Metallelement und ein das Metallelement zumindest abschnittsweise umgebendes und mit dem Metallelement zumindest abschnittsweise einen Formschluss bildendes Kunststoffelement, wobei das Hybridbauteil eingerichtet ist, eine zumindest kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung mit einem karosserieseitigen Element eines Fahrzeugs einzugehen, wobei der Formschluss zwischen dem Metallelement und dem Kunststoffelement zumindest über ein oder mehrere Löcher hergestellt wird, die derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass eine Steifigkeit des Hybridbauteils in einer Wärmeausdehnungshauptrichtung des Hybridbauteils gegenüber einer sich von der Wärmeausdehnungshauptrichtung unterscheidenden Richtung verringert ist. Insbesondere sind die Löcher in dem Metallelement so ausgebildet und/oder angeordnet, dass eine Stauchung des Hybridbauteils in der Wärmeausdehnungsrichtung begünstigt wird und eine Ausdehnung des Hybridbauteils in einer Richtung senkrecht zur Wärmeausdehnungshauptrichtung begünstigt wird. Dementsprechend können in der stoff- und/oder kraftschlüssigen Verbindung auftretende Spannungen, welche vor allem von der Wärmeausdehnung des Metallelements herrühren, zumindest verringert werden.
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Das erfindungsgemäße Hybridbauteil kann derart weitergebildet werden, dass die Löcher rautenförmig ausgebildet sind.
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Weiterhin kann das erfindungsgemäße Hybridbauteil so ausgestaltet werden, dass die Löcher ein Lochmuster ausbilden, bei dem in der Wärmeausdehnungshauptrichtung benachbarte Löcher so angeordnet sind, dass jeweilige Rautenecken der benachbarten Löcher einander gegenüberliegen oder aneinander angrenzen.
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Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Hybridbauteil derart verwirklicht werden, dass die Löcher ein Lochmuster mit mehreren parallel zueinander liegenden Lochreihen ausbilden, bei dem in der Wärmeausdehnungshauptrichtung benachbarte Löcher einer ersten Reihe so angeordnet sind, dass sich jeweilige Rautenecken der benachbarten Löcher der ersten Reihe gegenüberliegen oder aneinander angrenzen, und in der Wärmeausdehnungshauptrichtung benachbarte Löcher einer von der ersten Reihe beabstandeten zweiten Reihe so angeordnet sind, dass jeweilige Löcher der zweiten Reihe jeweils zwischen zwei benachbarten Löchern der ersten Reihe angeordnet sind.
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Alternativ oder zusätzlich kann das erfindungsgemäße Hybridbauteil so umgesetzt werden, dass die Löcher ein Lochmuster mit mehreren parallel zueinander liegenden Lochreihen ausbilden, bei dem in der Wärmeausdehnungshauptrichtung benachbarte Löcher einer ersten Reihe so angeordnet sind, dass sich jeweilige Rautenecken der benachbarten Löcher der ersten Reihe gegenüberliegen, und in der Wärmeausdehnungshauptrichtung benachbarte Löcher einer von der ersten Reihe beabstandeten zweiten Reihe so angeordnet sind, dass jeweilige Löcher der zweiten Reihe jeweils zwischen zwei benachbarten Löchern der ersten Reihe angeordnet sind, so dass jeweilige Rautenseiten zweier benachbarter Löcher der ersten Reihe parallel zu jeweiligen Rautenseiten eines benachbarten Lochs der zweiten Reihe sind.
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Ferner kann das erfindungsgemäße Hybridbauteil so ausgestaltet werden, dass ein Anbindungsabschnitt von dem Metallelement von dem Kunststoffelement hervorsteht.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfasst das erfindungsgemäße Hybridbauteil, wobei das Hybridbauteil mit einem Karosseriebauteil des Fahrzeugs kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Dadurch ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil genannten Eigenschaften auf gleiche oder ähnliche Weise, weshalb zur Vermeidung Wiederholungen auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem Hybridbauteil verwiesen wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils;
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2 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils von 1 in einer Ansicht, in der sowohl ein Kunststoffelement als auch ein Metallelement des Hybridbauteils sichtbar gemacht sind; und
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3 eine Darstellung des Metallelements des erfindungsgemäßen Hybridbauteils von 2.
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1 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridbauteils 10, welches grundsätzlich zumindest zwei Werkstoffe bzw. Materialien umfasst. In diesem Fall umfasst das erfindungsgemäße Hybridbauteil 10 ein Kunststoffelement 12 aus einem thermoplastischen Kunststoff und ein Metallelement 14 aus beispielsweise Aluminium. Dabei ist das Hybridbauteil 10 auf die vorstehend beschriebene herkömmliche Weise hergestellt worden.
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2 zeigt eine Darstellung des erfindungsgemäßen Hybridbauteils 10 von 1 in einer Ansicht, in der sowohl das Kunststoffelement 12 als auch das Metallelement 14 des erfindungsgemäßen Hybridbauteils 10 sichtbar gemacht sind, wobei 3 eine Darstellung lediglich des Metallelements 14 des erfindungsgemäßen Hybridbauteils 10 zeigt.
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Das erfindungsgemäße Hybridbauteil 10 ist in diesem Fall für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und umfasst das Metallelement 14 und das das Metallelement 14 zumindest abschnittsweise umgebende und mit dem Metallelement 14 zumindest abschnittsweise einen Formschluss bildende Kunststoffelement 12. Mit anderen Worten ist das Metallelement 14 von dem Kunststoffelement 112 umspritzt.
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Ferner ist das erfindungsgemäße Hybridbauteil 10 eingerichtet ist, eine zumindest kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung mit einem karosserieseitigen Element des Kraftfahrzeugs einzugehen, wobei das Hybridbauteil in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere also eine Wagenheberaufnahme zum Anheben des Kraftfahrzeugs mittels Wagenheber ausgestaltet ist. Zu diesem Zweck wird das Hybridbauteil in diesem Ausführungsbeispiel an ein Karosseriebauteil des geklebt, wodurch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Hybridbauteil 10 und dem Karosseriebauteil hergestellt wird.
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In dem erfindungsgemäßen Hybridbauteil 10 wird der Formschluss zwischen dem Metallelement 14 und dem Kunststoffelement 12 durch mehrere Löcher 16 hergestellt, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass eine Steifigkeit des Hybridbauteils 10 in einer Wärmeausdehnungshauptrichtung des Hybridbauteils 10 gegenüber einer sich von der Wärmeausdehnungshauptrichtung unterscheidenden Richtung verringert ist.
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In diesem Fall entspricht die Wärmeausdehnungshauptrichtung der Längserstreckungsrichtung des Hybridbauteils 10, welche in den 1 bis 3 die von links nach rechtsweise Richtung bildet. Hingegen ist die senkrecht auf der Längserstreckungsrichtung stehende Quererstreckungsrichtung des Hybridbauteils 10 die von unten nach oben weisende Richtung in den 1 bis 3. Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich ist, hat das Hybridbauteil 10 eine Längserstreckung, die im Vergleich zu einer Breitenerstreckung um ein Vielfaches größer ist als die Breitenerstreckung. Dementsprechend stellt die Längserstreckungsrichtung in diesem Fall die Hauptwärmeausdehnungsrichtung des Hybridbauteils 10 dar.
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In diesem Ausführungsbeispiel sind die Löcher 16 rautenförmig ausgebildet, wie insbesondere in 3 erkennbar ist. Weiterhin bilden die Löcher 16 ein Lochmuster 18 aus, bei dem in der Wärmeausdehnungshauptrichtung benachbarte Löcher 16 so angeordnet sind, dass jeweilige Rautenecken der benachbarten Löcher 16 einander gegenüberliegen oder aneinander angrenzen. Insbesondere bilden die Löcher 16 das Lochmuster 18 mit mehreren parallel zueinander liegenden Lochreihen aus, bei dem in der Wärmeausdehnungshauptrichtung benachbarte Löcher 16 einer ersten Reihe so angeordnet sind, dass sich jeweilige Rautenecken der benachbarten Löcher 16 der ersten Reihe einander gegenüberliegen oder aneinander angrenzen, und in der Wärmeausdehnungshauptrichtung benachbarte Löcher 16 einer von der ersten Reihe beabstandeten zweiten Reihe so angeordnet sind, dass jeweilige Löcher 16 der zweiten Reihe jeweils zwischen zwei benachbarten Löchern 16 der ersten Reihe angeordnet sind. Dabei sind die jeweiligen Löcher 16 der zweiten Reihe jeweils zwischen zwei benachbarten Löchern der ersten Reihe derart angeordnet, dass jeweilige Rautenseiten zweier benachbarter Löcher 16 der ersten Reihe parallel zu jeweiligen Rautenseiten eines benachbarten Lochs 16 der zweiten Reihe sind.
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Wie insbesondere aus den 1 und 2 ersichtlich ist, steht ein Anbindungsabschnitt 20 von dem Metallelement 14 zur Anbindung eines Kraftaufnahmeelements, an dem der Wagenheber letztlich angreift, von dem Kunststoffelement 12 hervor. Wie insbesondere aus den 1 und 2 ersichtlich ist, ist das Metallelement 14 von dem Kunststoffelement 12 derart umspritzt, dass der Anbindungsabschnitt 20 des Metallelements 14 von dem Kunststoffelement 12 ohne Kunststoffumspritzung hervorsteht.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hybridbauteil
- 12
- Kunststoffelement bzw. Kunststoffbauteil
- 14
- Metallelement bzw. Metallbauteil
- 16
- Loch bzw. Löcher
- 18
- Rautenlochmuster
- 20
- Anbindungsabschnitt
