DE102018123664B3

DE102018123664B3 - Gitterverbund für eine Luftöffnung

Info

Publication number: DE102018123664B3
Application number: DE102018123664.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Harter
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-09-26
Filing date: 2018-09-26
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2038-09-27

Abstract

Ein Gitterverbund (21) für eine Luftöffnung (12) eines Kraftfahrzeugs (10) weist ein Gitter (30) und einen Rahmen (23) für das Gitter (30) auf. Das Gitter (30) hat einen Rand (31) und definiert eine Gitterfläche (32), welche Gitterfläche (32) eine erste Seite (33) und eine der ersten Seite (33) gegenüberliegende zweite Seite (34) aufweist. Der Rahmen (23) hat einen ersten Abschnitt (40) und einen zweiten Abschnitt (60), welche zusammen eine Aufnahme für den Rand (31) des Gitters (30) bilden. Der erste Abschnitt (40) ist aus einem ersten Kunststoff ausgebildet, und der zweite Abschnitt (60) aus einem zweiten Kunststoff, welcher erste Kunststoff ein erster Thermoplast ist, und welcher zweite Kunststoff ein zweiter Thermoplast ist. Der erste Abschnitt (40) hat einen ersten Basisbereich (41), und der zweite Abschnitt (60) einen zweiten Basisbereich (61), welcher erste Basisbereich (41) und welcher zweite Basisbereich (61) in einem Verbindungsbereich (70) Kontakt miteinander haben, wobei der erste Basisbereich (41) und der zweite Basisbereich (61) im Verbindungsbereich (70) fest miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gitterverbund für eine Luftöffnung, insbesondere im Bugteil eines Kraftfahrzeugs.
Aufgrund gesetzlicher Anforderungen darf ein Gegenstand mit vorgegebenem Durchmesser nicht in Luftöffnungen im vorderen Bereich (Frontend) eintauchen. Aus thermischen und auch aus optischen Gründen müssen diese Luftöffnungen jedoch teilweise groß ausgeführt werden. Um den gesetzlichen Anforderungen zu entsprechen, können in die Öffnungen Lamellen eingebracht werden, so dass der Gegenstand nicht mehr eintauchen kann. Üblicherweise wird dazu ein Gitter in die Luftöffnung eingesetzt.
Bekannt ist die Integration eines Gitters durch einen Sandwichaufbau bestehend aus zwei Rahmen und einem Gitter. Der vordere Halterahmen bildet den Übergang zur Bugverkleidung und wird mit dem zweiten, hinteren Rahmen verschraubt, wobei diese das Gitter zwischen sich einklemmen.
Die DE 10 2004 020 085 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines kunststoffumspritzten Stanzgitters, auf welchem Bauelemente vorgesehen sind. Dieses ist in ein Gehäuse eingebettet.
Die DE 10 2014 210 480 A1 zeigt ein mit Kunststoff umspritztes Stanzgitter aus Metall. Am Stanzgitter kann ein Haftmaterial, z.B. ein Klebstoff aufgetragen werden.
Die DE 10 2007 022 385 A1 zeigt ein Hybridherstellungsverfahren, bei dem zunächst ein Blechbauteil und ein Kunststoffeinlegebauteil separat hergestellt werden. An das Kunststoffeinlegebauteil wird anschließend eine Kunststoffkomponente mittels Zwei-Komponenten-Spritzguss angespritzt.
Die DE 43 21 969 A1 zeigt ein Kunstharz-Rahmenwerk aus einem Gitterteil und einem das Gitterteil umgebenden Rahmenteil, wobei das Rahmenteil in Sandwich-Bauweise gefertigt ist.
Die US 2002/0171169 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffschicht auf einer Metallplatte.
Die DE 10 2016 116 289 A1 zeigt einen Gitterverbund, bei dem ein erster und ein zweiter Kunststoff verwendet werden, wobei der erste Kunststoff härter ist als der zweite Kunststoff. Für den ersten Kunststoff wird ein Thermoplast vorgeschlagen, und für den zweiten Kunststoff ein thermoplastisches Elastomer oder Elastomer.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen Gitterverbund zu entwickeln.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Gitterverbund nach Anspruch 1.
Ein Gitterverbund für eine Luftöffnung eines Kraftfahrzeugs weist ein Gitter und einen Rahmen für das Gitter auf, welches Gitter einen Rand aufweist und eine Gitterfläche definiert, welche Gitterfläche eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite aufweist, welcher Rahmen einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, welche zusammen eine Aufnahme für den Rand des Gitters bilden, welcher erste Abschnitt aus einem ersten Kunststoff ausgebildet ist, und welcher zweite Abschnitt aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet ist, welcher erste Kunststoff ein erster Thermoplast ist, welcher zweite Kunststoff ein zweiter Thermoplast ist, welcher erste Abschnitt einen ersten Basisbereich aufweist und welcher zweite Abschnitt einen zweiten Basisbereich aufweist, welcher erste Basisbereich und welcher zweite Basisbereich in einem Verbindungsbereich Kontakt miteinander haben, wobei der erste Basisbereich und der zweite Basisbereich im Verbindungsbereich fest miteinander verbunden sind.
Der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff sind also Thermoplaste, und keine Elastomere. Dies ergibt einen steifen Verbund zwischen dem Gitter und dem ersten Abschnitt und zweiten Abschnitt.
Ein solcher Gitterverbund mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt aus einem Thermoplast hat klare Vorteile. Insbesondere können sich folgende Vorteile aus der Ausgestaltung ergeben, wobei nicht alle Vorteile gleichzeitig gegeben sein müssen:

1. Geringere Einzelkosten durch Entfall von Befestigungselementen
2. Geringeres Gewicht durch Entfall von Befestigungselementen
3. Geringere Montagekosten durch Entfall von zusätzlichem Rahmen und Befestigungselementen
4. Geringere Logistik- und Lagerkosten durch Reduzierung auf ein Bauteil
5. Reduzierung der Fehlerquellen bei der Montage auf ein Minimum
6. Höheren Luftdurchsatz durch Entfall von Versteifungsmaßnahmen wie Stegen
7. Verdeckter Spritzaustrieb
8. Hohe Steifigkeit und steife Einbindung des Gitters durch die Thermoplaste zur Lastabtragung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Basisbereich und der zweite Basisbereich im Verbindungsbereich durch eine Spritzgussverbindung fest miteinander verbunden. Dies ergibt eine einfache und feste Verbindung, und das Gitter kann bevorzugt formschlüssig gehalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Basisbereich und der zweite Basisbereich im Verbindungsbereich durch Verbundhaftung fest miteinander verbunden. Die Verbundhaftung ergibt eine sichere Verbindung zwischen den Thermoplasten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gitter einen metallischen Werkstoff auf, insbesondere Aluminium, Aluminiumlegierung, Edelstahl oder unlegierter Stahl. Diese Metalle sind formstabil und gut zur Lastabtragung geeignet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der erste Abschnitt relativ zum Gitter weiter nach innen als der zweite Abschnitt. Hierdurch ist der zweite Abschnitt etwas nach außen zurückgesetzt und versteckt. Dies ist vorteilhaft, da der erste Abschnitt als erstes gespritzt werden kann und daher leichter formschön hergestellt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der zweite Basisbereich vom Rand des Gitters an einem seitlichen Bereich des Gitters entlang nach innen. Dies ermöglicht einen sicheren Halt des Gitters.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Basisbereich zumindest bereichsweise an der äußeren Kante des Rands angeordnet. Der zweite Basisbereich begrenzt hierdurch eine Bewegung des Gitters zum Rahmen hin.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Abschnitt einen ersten Vorsprung auf, welcher sich auf die erste Seite erstreckt, um dort eine Luftführung zu ermöglichen. Die Luftführung kann so in den Gitterverbund integriert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verjüngt sich der erste Vorsprung im Querschnitt mit zunehmendem Abstand vom Gitter. Dies reduziert das Gewicht des Gitterverbunds.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Abschnitt einen zweiten Vorsprung auf, welcher sich auf die erste Seite erstreckt und außerhalb des ersten Vorsprungs angeordnet ist, um eine Montage des Gitterverbunds an einem Kraftfahrzeug zu ermöglichen. Hierdurch werden zusätzliche Montageschritte vermieden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung im Querschnitt gemeinsam ein U-förmiges Profil auf. Ein solches U-förmiges Profil kann auch als C-Kanal bezeichnet werden. Die Stabilität wird dadurch erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der zweite Abschnitt einen dritten Vorsprung auf, welcher sich auf die zweite Seite erstreckt, um dort eine Luftführung zu ermöglichen. Der dritte Vorsprung kann bevorzugt zur Abdichtung des Luftkanals im Fahrzeug verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verjüngt sich der dritte Vorsprung im Querschnitt mit zunehmendem Abstand vom Gitter, um eine Verformbarkeit des dritten Vorsprungs zu erhöhen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff, oder der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:

- Polypropylen (PP)
- Polycarbonat-Polybutylenterephthalat (PC-PBT)
- Polyamid (PA)
- Polyphenylenether (PPE)
- Polycarbonat-Polyethylenterephthalat (PC-PET)

Diese Kunststoffe ermöglichen einen stabilen Aufbau des Gitterverbunds.
Der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff, oder der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff weisen einen Füllstoff auf, um die Festigkeit zu erhöhen. Insbesondere bei Supersportwagen treten hohe Belastungen am Material auf, und die Verwendung solcher Füllstoffe erhöht die Sicherheit.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Füllstoff Glasfaser, Talkum oder einen mineralischen Füllstoff auf. Diese Füllstoffe haben sich in Tests als besonders gut geeignet für Gitterverbunde erwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff, oder der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:

- Polypropylen T 20 (PP T 20)
- Polypropylen mit Glasfaser (PP GF)
- Polyamid aus Caprolactam (PA 6)
- Polycaprolactam mit Glasfaser (PA 6 GF)

Mit diesen Kunststoffen sind sehr stabile Kunststoffverbunde möglich.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Kunststoff aus mindestens einem ersten Monomer und der zweite Kunststoff aus mindestens einem zweiten Monomer aufgebaut, wobei das mindestens eine erste Monomer und das mindestens eine zweite Monomer gleich sind. Durch die Übereinstimmung mindestens eines Monomers lassen sich starke Verbindungen zwischen den beiden Thermoplasten erzeugen, da diese chemisch gut miteinander kompatibel sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat ein Kraftfahrzeug einen Gitterverbund, welcher Gitterverbund als Sichtbauteil eingebaut ist. Der Einbau eines in Mehrkomponenten-Spritzgusstechnik hergestellten Gitterverbunds als Sichtbauteil ist ungewöhnlich, insbesondere mit den beiden Thermoplasten.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 19.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Gitterverbunds, welcher Gitterverbund ein Gitter und einen Rahmen für das Gitter aufweist, welches Gitter einen Rand aufweist, welcher Rahmen einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, welche zusammen eine Aufnahme für den Rand des Gitters bilden, welcher erste Abschnitt aus einem ersten Kunststoff ausgebildet ist und welcher zweite Abschnitt aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet ist, welcher erste Kunststoff ein erster Thermoplast ist, welcher zweite Kunststoff ein zweiter Thermoplast ist, wobei der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff, oder der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff einen Füllstoff aufweisen, um die Festigkeit zu erhöhen, hat folgende Schritte:

A) Der erste Abschnitt wird mittels Kunststoff-Spritzguss aus dem ersten Kunststoff hergestellt
B) Der erste Abschnitt wird in eine erste Teilform eingelegt, und das Gitter wird an den ersten Abschnitt angelegt
C) Eine zweite Teilform wird relativ zur ersten Teilform derart positioniert, dass sie sowohl Kontakt zum Gitter als auch zum ersten Abschnitt aufweist und zusammen mit diesen eine Kavität definiert
D) Der zweite Abschnitt wird in der Kavität mittels Kunststoff-Spritzguss aus dem zweiten Kunststoff hergestellt.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:

1 ein Bugteil eines Kraftfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Gitterverbund,
2 schematisch den Gitterverbund von 1 ohne das Bugteil,
3 in einem Querschnitt entlang der Schnittlinie III-III von 2 den Gitterverbund von 2,
4 ein Herstellungsverfahren für einen erfindungsgemäßen Gitterverbund,
5 einen erfindungsgemäßen Gitterverbund in Einbaulage mit angrenzender Luftführung,
6 den erfindungsgemäßen Gitterverbund als Sichtbauteil,
7 ein Herstellungswerkzeug mit einer Matrize, die gegen die Hartkomponente drückt,
8 das Bugteil von 1 mit einem nicht erfindungsgemäßen Gitterverbund, und
9 das Bugteil von 8 mit einem erfindungsgemäßen Gitterverbund.

Gleiche und gleichartige Teile werden mit den gleichen Bezugszeichen versehen und üblicherweise nur einmal beschrieben. Relative Angaben wie „links“ und „rechts“ beziehen sich auf die jeweilige Darstellung.
1 zeigt einen Bugbereich (Frontbereich) 20 eines Kraftfahrzeugs 10, insbesondere eines Personenkraftwagens, an dem der Lufteinlass erfolgt. Es ist eine Bugverkleidung 80 vorgesehen.
Auf der linken Seite ist beispielhaft ein zweigeteiltes Gitter mit einem zentralen Gitter 30A und einem seitlichen Gitter 30B vorgesehen, und die rechte Seite zeigt ein zentrales Gitter 30A, welches sich über die volle Breite des Lufteinlasses erstreckt. Bei einem realen Kraftfahrzeug 10 wird also entweder die linke Seite verwendet und auch spiegelverkehrt auf der rechten Seite vorgesehen, so dass sich ein dreiteiliges Gitter 30A, 30B, 30B ergibt, oder es wird die rechte Seite verwendet und auch spiegelverkehrt auf der linken Seite vorgesehen, so dass sich ein einteiliges Gitter 30A ergibt.
Im Folgenden werden die Gitter 30A, 30B einheitlich als Gitter 30 bezeichnet.
2 zeigt einen Gitterverbund 21 mit einem Gitter 30 und einem Rahmen 23 für das Gitter 30 in schematischer Darstellung. Der Rahmen 23 erstreckt sich bevorzugt um das ganze Gitter 30 herum, er kann aber auch nur um einen Teil des Gitters 30 herum ausgebildet sein.
3 zeigt einen Teilschnitt durch den Gitterverbund 21 entsprechend der Schnittlinie III - III von 2.
Das Gitter 30 hat einen Rand 31.
Das Gitter 30 definiert eine Gitterfläche 32, welche eine erste Seite 33 und eine zur ersten Seite 33 gegenüberliegende zweite Seite 34 aufweist. Die erste Seite 33 ist bevorzugt die Außenseite und die zweite Seite 34 die Innenseite des Kraftfahrzeugs 10. Das Gitter 30 und damit die Gitterfläche 32 können eben oder auch gekrümmt ausgebildet sein, abhängig von der Kontur der Bugverkleidung 80.
Das Gitter 30 ist bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Gut geeignet sind beispielsweise

- Aluminium,
- Aluminiumlegierungen,
- unlegierter Stahl,
- Edelstahl.

30

Der Rahmen 23 hat einen ersten Abschnitt 40 und einen zweiten Abschnitt 60, welche zusammen eine Aufnahme 24 für den Rand 31 des Gitters 30 bilden.
Der erste Abschnitt 40 ist aus einem ersten Kunststoff ausgebildet, und der zweite Abschnitt 60 ist aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet. Bevorzugt ist der erste Kunststoff ein Thermoplast, und der zweite Kunststoff ist ebenfalls ein Thermoplast. In der Spritzgusstechnik spricht man jeweils auch von Hartkomponenten, im Gegensatz zu Weichkomponenten wie Elastomeren, beispielsweise thermoplastischen Elastomeren. Thermoplastische Elastomere, die auch Elastoplaste genannt werden, sind Kunststoffe, die sich bei Raumtemperatur vergleichbar den klassischen Elastomeren verhalten, sich jedoch unter Wärmezufuhr plastisch verformen lassen. Thermoplastische Elastomere sind somit keine Thermoplaste. Übliche industrielle Thermoplaste haben bei 20 °C thermoplastische Eigenschaften.
Der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff, oder der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:

Bevorzugt weisen der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff, oder der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff einen Füllstoff auf, um die Festigkeit zu erhöhen.
Der Füllstoff weist bevorzugt Glasfaser, Talkum und/oder einen mineralischen Füllstoff auf.
Der erste Kunststoff und/oder der zweite Kunststoff sind bevorzugt ein

Der erste Kunststoff ist bevorzugt aus mindestens einem ersten Monomer und der zweite Kunststoff aus mindestens einem zweiten Monomer aufgebaut, wobei das mindestens eine erste Monomer und das mindestens eine zweite Monomer gleich sind. Es ist also zumindest teilweise eine Übereinstimmung der Monomere vorhanden, und hierdurch wird die Verbundhaftung zwischen dem ersten Kunststoff und dem zweiten Kunststoff begünstigt.
Der erste Abschnitt 40 und der zweite Abschnitt 60 sind in einem Verbindungsbereich 70 miteinander verbunden. Bei der bevorzugten Verbindung mittels Mehrkomponentenspritzguss spricht der Fachmann von Verbundhaftung (englisch: compound adhesion). Diese Verbundhaftung führt zu einer Verbundfestigkeit des Verbunds 40, 60. Sofern der erste Abschnitt 40 und der zweite Abschnitt 60 aus der gleichen Polymer-Familie stammen, also beispielsweise Polypropylen oder Polyamid, kann eine hohe Verbundfestigkeit erzielt werden. Es ist dabei möglich, beispielsweise im ersten Abschnitt 40 mehr Füllmaterial wie Glasfaser vorzusehen als im zweiten Abschnitt - oder umgekehrt, und trotzdem bei gleicher Polymer-Familie eine hohe Verbundfestigkeit zu erzielen.
Das Gitter 30 wird bevorzugt formschlüssig durch den Verbund 40, 60 gehalten, es kann aber zusätzlich eine Verbundhaftung eintreten.
Der erste Abschnitt 40 hat einen Basisbereich 41, und der zweite Abschnitt 60 hat einen Basisbereich 61. Die Basisbereiche 41, 61 sind aneinander angeordnet, und der Verbindungsbereich 70 ist zwischen den Basisbereichen 41, 61 vorgesehen. Anders ausgedrückt haben der erste Basisbereich 41 und der zweite Basisbereich 42 in einem Verbindungsbereich 70 Kontakt miteinander.
Bevorzugt sind der erste Basisbereich 41 und der zweite Basisbereich 61 im Verbindungsbereich 70 fest miteinander verbunden, besonders bevorzugt durch Verbundhaftung, wie sie insbesondere durch Mehrkomponenten-Spritzguss erzielbar ist. Dabei kann sich der Verbindungsbereich 70 auch in den Bereich des Gitters 30 erstrecken, indem sich der zweite Kunststoff durch mindestens eine Gitteröffnung des Gitters 30 hindurch bis zum ersten Basisbereich 41 erstreckt. Dies gibt eine besonders stabile Verbindung des Gitters 30 in der durch den ersten Abschnitt 40 und den zweiten Abschnitt 60 gebildeten Aufnahme.
Der zweite Basisbereich 61 erstreckt sich vom Rand 31 des Gitters 30 an einem seitlichen Bereich des Gitters 30 entlang nach innen. Dies ermöglicht einen guten Sitz des Gitters 30 im Rahmen 23 und ggf. eine Verbundhaftung zwischen dem zweiten Basisbereich 61 und dem Gitter 30.
Der zweite Basisbereich 61 ist bevorzugt auch an der äußeren Kante des Rands 31 angeordnet.
Der erste Abschnitt 40 und der zweite Abschnitt 60 umschließen bevorzugt den Rand 31 des Gitters 30 zumindest bereichsweise.
Das Gitter 30 ermöglicht ein Durchströmen von Luft durch den Gitterverbund 21. Die erste Seite 33 wird bevorzugt als Zuströmseite 33 und die zweite Seite 34 als Abströmseite vorgesehen. Luft kann von der Zuströmseite 33 über das Gitter 30 zur Abströmseite 34 strömen, wie dies mit einem Pfeil 25 angedeutet ist.
Der erste Abschnitt 40 hat einen ersten Vorsprung 42 und einen zweiten Vorsprung 43, welche sich jeweils zur ersten Seite 33 hin erstrecken. Der zweite Abschnitt 60 hat einen dritten Vorsprung 62, welcher sich zur zweiten Seite 34 hin erstreckt.
Die Vorsprünge 42, 43 und 62 können auch als Lippen bezeichnet werden, und sie laufen bevorzugt um das gesamte Gitter 30 herum, zumindest jedoch teilweise um dieses herum.
Der erste Vorsprung 42 dient bevorzugt als Luftführung. Er verjüngt sich im Querschnitt bevorzugt mit zunehmendem Abstand vom Gitter 30, um Gewicht zu reduzieren.
Der zweite Vorsprung 43 ist außerhalb des ersten Vorsprungs 42 angeordnet und dient zur Montage des Gitterverbunds 21 am Kraftfahrzeug 10 von 1. Hierbei ist es für die strukturelle Stabilität vorteilhaft, dass der erste Abschnitt 40 hart ist.
Der erste Vorsprung 42 und der zweite Vorsprung 43 haben im Querschnitt gemeinsam ein U-förmiges Profil, und dies sorgt für eine gute Stabilität des ersten Abschnitts 40.
Der dritte Vorsprung ermöglicht eine Luftführung auf der zweiten Seite 34 des Gitter 30. Bevorzugt verjüngt sich der dritte Vorsprung 62 im Querschnitt mit zunehmendem Abstand vom Gitter 30, und hierdurch wird eine Verformbarkeit des dritten Vorsprungs 62 erhöht.
Das Gitter 30 ist bevorzugt als Metallgitter ausgebildet. Dies ermöglicht eine hohe Stabilität des Gitterverbunds 21.
4 zeigt ein Verfahren zur Herstellung des Gitterverbunds 21.
Links (A) ist eine erste Spritzgussform 101 mit einer ersten Teilform (Kern) 105 und einer zweiten Teilform (Matrize) 106, die zusammen eine erste Kavität (auszufüllender Hohlraum) 107 bilden.
Mit der ersten Spritzgussform 101 wird der erste Abschnitt 40 als Bauteil aus einem Thermoplast (Hartkomponente) erzeugt (B).
Anschließend wird eine zweite Spritzgussform 102 mit einer dritten Teilform (Kern) 109 und einer vierten Teilform (Matrize) 110 verwendet, die eine zweite Kavität (auszufüllender Hohlraum) 111 bilden.
Der erste Abschnitt 40 wird in die dritte Teilform 109 eingelegt (C), und das Gitter 30 wird an den ersten Abschnitt 40 angelegt (D).
Anschließend (E) wird die vierte Teilform 110 an den ersten Abschnitt 40 und bevorzugt auch an das Gitter 30 angelegt, und die in der vierten Teilform 110 vorhandene zweite Kavität 111 wird mit einem weiteren Thermoplast (Hartkomponente) gefüllt, so dass der erste Abschnitt 40 und der zweite Abschnitt 60 einen Verbund bilden, wobei Verbundhaftung (Verbundadhäsion) zwischen dem ersten Abschnitt 40 und dem zweiten Abschnitt 60 entsteht, welche diese Abschnitte 40, 60 zusammenhält. Man spricht von einem Kunststoff-Kunststoff-Verbund. Eine zusätzliche Verbundhaftung zwischen dem ersten Kunststoff und dem Gitter 30 und/oder insbesondere zwischen dem zweiten Kunststoff und dem Gitter 30 ist möglich.
Damit ist der Rahmen 23 im Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt. Es ist natürlich auch ein Mehr-Komponenten-Spritzgussverfahren mit mehr als zwei Komponenten möglich. Der fertige Gitterverbund kann auch als integriertes Formteil bezeichnet werden, um es von einem Bauteil in Sandwich-Bauweise zu unterscheiden.
Der Gitterverbund 21 ermöglicht die Zuführung von Luft in den inneren Bereich des Kraftfahrzeugs 10. Hierzu wirkt der Gitterverbund 21 bevorzugt im Inneren des Kraftfahrzeugs 10 mit einer Luftführung 120 zusammen, also beispielsweise einer Wandung.
Zur effizienten Kühlung und zur Vermeidung von Geräuschen ist es vorteilhaft, wenn das Zusammenspiel von Gitterverbund 21 und Luftführung 120 gut funktioniert und wenig Leckage auftritt.
5 zeigt verschiedene Methoden zur Abdichtung zwischen dem Gitterverbund 21 und der Luftführung 120. Bei der Abdichtung ist es nicht erforderlich, dass eine vollständige Abdichtung erfolgt, sondern es ist ausreichend, dass ein Hauptteil der Luft in den gewünschten Bereich eintritt, um beispielsweise den Motor oder eine Batterie zu kühlen.
Der Gitterverbund 21 hat den zweiten Abschnitt 60 entsprechend 3.
Im linken Bild strömt wenig Luft durch das Gitter 30, was durch wenige Pfeile 25 angedeutet ist. Der zweite Abschnitt 60 hat weitgehend seine Grundform.
Im rechten Bild strömt dagegen viel Luft durch das Gitter 30, beispielsweise bei einer hohen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, und dies ist durch viele Pfeile 25 angedeutet.
Die Leckage-Luftströmung 130 wächst mit zunehmender Geschwindigkeit, und hierdurch kann sich der zweite Abschnitt 60 zur Luftführung 120 hin verformen und dichtet diesen zusätzlich ab. Es kann auch eine Annäherung durch eine Verformung der Luftführung 120 erfolgen, oder durch eine Verformung beider Teile. Es wird vermutet, dass das Gesetz von Bernoulli, wonach eine höhere Fließgeschwindigkeit mit einer Drucksenkung verbunden ist, hierfür verantwortlich ist.
Die Verformung führt mit zunehmender Geschwindigkeit zu einer zunehmenden Abdichtung zwischen der Luftführung 120 und dem zweiten Abschnitt 60.
6 zeigt, was ein Betrachter 142 bei einer Anordnung des Gitterverbunds 21 mit dem Gitter 30 und dem Rahmen 23 im Sichtbereich sieht.
Da der erste Abschnitt 40 in einem ersten Schritt hergestellt wurde, können die Kanten etc. mit guter Qualität und ohne größere Grate hergestellt werden. Der zweite Abschnitt 60 ist auf der Innenseite des Gitterverbunds 21 angeordnet und daher nicht unmittelbar einsehbar. Zudem ist der zweite Abschnitt 60 gegenüber dem ersten Abschnitt leicht nach außen (relativ zum Gitter 30) versetzt, so dass der Bereich 140 nicht einsehbar ist. Anders ausgedrückt erstreckt sich der erste Abschnitt 40 relativ zum Gitter 30 weiter nach innen als der zweite Abschnitt 60.
Die Ausgestaltung des Gitterverbunds 21 ermöglicht es, den Gitterverbund 21 direkt als Sichtbauteil im Kraftfahrzeug 10 einzusetzen.
Eine Herstellung des Gitterverbunds 21 im 1K-Spritzgussverfahren würde im Bereich des Gitters 30 einen Materialaustrieb bzw. breiten Grat erzeugen, da eine gute Abdichtung im Bereich des Gitters 30 durch die Spritzgussform schlecht möglich ist. Ein solcher Austrieb stört optisch. Daher wäre ein so hergestellter Gitterverbund 21 nicht für ein Sichtbauteil einsetzbar.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung des Gitterverbunds 21 entsprechend 4, Schritt E.
Es ist zu sehen, dass die vierte Teilform 110 sowohl gegen den ersten Abschnitt 40 als auch gegen das Gitter 30 anliegt, wobei ein Teil des Gitters 30 in die Kavität hineinragt. Hierdurch kann der Kunststoff für den zweiten Abschnitt sowohl mit dem ersten Abschnitt 40 als auch mit dem Gitter 30 einen Verbund bilden. Es ist auch zu sehen, dass der Bereich 140 (vgl. 6) weiter außen am Gitter 30 liegt als der erste Abschnitt 40, so dass der Bereich, in dem der zweite Abschnitt 60 angespritzt wird, relativ zum Gitter 30 weiter außen liegt. Hierdurch bestimmt der erste Abschnitt 40 den optischen Eindruck bei einer Betrachtung von außen, und es ist ein formschöner Gitterverbund 21 erzielbar.
Anders ausgedrückt wird das Gitter mittels Zweikomponenten-Spritzgusstechnik in ein Sichtbauteil integriert, wobei die zweite Komponente als Weichkomponente ausgeführt wird, welche durch Anliegen an der Luftführung die Strömungsleckage signifikant reduziert.
Durch die Zweikomponenten-Spritzgusstechnik ist es möglich, den Materialaustrieb in einen Nichtsichtbereich zu legen. Dies wird erreicht, indem in der zweiten Kavität die Matrize gegen den eingelegten Artikel, die Hartkomponente, drückt und somit die Dichtfunktion übernimmt.
8 zeigt den Bugbereich 20 eines Kraftfahrzeugs 10, wobei in einem linken Bereich 201 ein mehrteiliges Gitter 230A, 230B vorgesehen ist, welche Gitter 230A, 230B durch einen Steg 241 in einem Bereich 240 voneinander getrennt sind. Auf der rechten Seite 202 ist in dem entsprechenden Bereich 240 kein Steg vorgesehen, und das Gitter 230A ist einteilig ausgebildet. Die Gitter 230A, 230B sind auf beiden Seiten 201, 202 nicht erfindungsgemäß ausgebildet, sondern der zweite Abschnitt 60 ist aus einem Elastomer ausgebildet. Im unteren Bereich ist jeweils eine Windlast durch Pfeile 250 angedeutet, und diese Windlast 250 führt im unteren Bereich des Bugbereichs 20 zu einer Kraft nach unten, also zur Straße hin. Hierdurch entsteht eine Durchbiegung des Bugteils 20 im unteren Bereich. Die Durchbiegung ist auf der linken Seite 201 durch eine gestrichelte Linie 251 dargestellt, und auf der rechten Seite 202 durch eine gestrichelte Linie 252. Die Linien 251, 252sind zum besseren Verständnis skaliert (vergrößert) dargestellt, und die tatsächliche Durchbiegung ist geringer.
Auf der linken Seite 201 ist zu sehen, dass die maximale Durchbiegung im Vergleich zur rechten Seite 202 geringer ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass durch den Steg 241 der Bugbereich 20 im unteren Bereich steifer ausgebildet ist und hierdurch eine geringere Verformung auftritt. Die maximale Verformung im linken Bereich 201 ist in der Mitte des Bugbereichs, da dort die Mitte des größten Gitters 230A angeordnet ist.
Auf der rechten Seite 202 ist die stärkste Durchbiegung ebenfalls in der Mitte des Bugbereichs 20 und damit auch in der Mitte des Gitters 230A. Die maximale Durchbiegung kann bspw. im Bereich von 2/10 bis 5/10 mm liegen. Diese Durchbiegung tritt auch dann auf, wenn das Gitter 230A formschlüssig mit dem zweiten Abschnitt 60 verbunden ist. Es wird vermutet, dass durch die Ausbildung des zweiten Abschnitts 60 aus einem Elastomer trotz der formschlüssigen Verbindung eine Relativbewegung stattfinden kann.
Eine Bewegung des unteren Bereichs des Bugbereichs 20 hat zum einen den Nachteil, dass sich bei einer Verformung des unteren Bereichs des Bugteils nach oben, beispielsweise bei der Rückbewegung, das Gitter 230A, 230B nach vorne oder hinten ausbeulen kann, und dies ist unerwünscht, da sich die optischen Eigenschaften des Gitters 230A, 230B ändern und der Einlassbereich hierdurch einen minderwertigen Eindruck erzeugt. Durch das Ausbeulen kann es zu einer Geräuschbildung kommen. Zum anderen tritt insbesondere bei Sportwagen eine große mechanische Beanspruchung des Bugteils 20 auf, welche nicht erwünscht ist.
9 zeigt den Bugbereich 20 eines Kraftfahrzeugs 10 entsprechend 8. Auf der linken Seite 203 ist ein mehrteiliges Gitter 230A, 230B vorgesehen, welches nicht erfindungsgemäß ausgebildet ist, da der zweite Abschnitt 60 aus einem Elastomer gefertigt ist. Die Durchbiegung entsprechend der gestrichelten Linie 251 entspricht daher der Durchbiegung auf der linken Seite 201 von 8.
Auf der rechten Seite 204 ist dagegen ein erfindungsgemäßes Gitter 30A angeordnet, bei welchem auch der zweite Abschnitt 60 aus einem Thermoplast ausgebildet ist. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des zweiten Abschnitts 60 aus einem Thermoplast ist das Gitter 30A steifer mit dem Rahmen 23 verbunden, und das Gitter 30A wird hierdurch bei einer durch die Pfeile 250 angedeuteten Windlast zur Aufnahme der Kräfte genutzt, wie dies durch die Pfeile 265 dargestellt ist. Die Durchbiegung ist durch die gestrichelte Linie 253 dargestellt, die in der gleichen Skalierung wie die Linien 251 und 252 dargestellt ist. Im Vergleich zum rechten Bereich 202 von 8 ist deutlich zu sehen, dass die Durchbiegung mit dem erfindungsgemäßen Gitterverbund 21 deutlich geringer ist als mit dem nicht erfindungsgemäßen Gitter 230A. Im Vergleich zur linken Seite 203 von 9 ist zu sehen, dass der Bugbereich 20 sogar steifer wird als bei einer mehrteiligen Ausführung der Gitter 230A, 230B. Dies war überraschend und nicht zu erwarten.
Im linken Bereich 203 ist die Kraftabtragung im äußeren Bereich des Bugbereichs 20 über Pfeile 261 dargestellt, und im Bereich des Stegs 241 ist die Kraftabtragung über einen Pfeil 262 dargestellt. Auf der rechten Seite 204 ist die Kraftabtragung im Bugbereich 20 durch zwei Pfeile 263 im äußeren Bereich dargestellt.
Durch die feste Einbindung des Gitters 30A im rechten Bereich 204 wirkt das Gitter 30A wie eine Vielzahl von Zugseilen, und die Windlast kann hierdurch über das Gitter 30A in das Oberteil des Bugbereichs 20 bzw. der Verkleidung und weiter in den Rohbau eingeleitet werden.
Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen und Modifikationen möglich.
Der erfindungsgemäße Gitterverbund 21 kann sowohl in Einlassbereichen als auch in Auslassbereichen eingesetzt werden, und er kann auch für mehrteilige Gitter 30 verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: Luftöffnung
20: Bugbereich
21: Gitterverbund
23: Rahmen
25: Luftströmung
30: Gitter
30A: Gitter
30B: Gitter
31: Rand
32: Gitterfläche
33: erste Seite
34: zweite Seite
40: erster Abschnitt
41: erster Basisbereich
42: erster Vorsprung
43: zweiter Vorsprung
60: zweiter Abschnitt
61: zweiter Basisbereich
62: dritter Vorsprung
70: Verbindungsbereich
80: Bugverkleidung
101: erste Spritzgussform
102: zweite Spritzgussform
105: erste Teilform
106: zweite Teilform
107: erste Kavität
109: dritte Teilform
110: vierte Teilform
111: zweite Kavität
120: Luftführung
140: Bereich
142: Betrachter
201: linker Bereich
202: rechter Bereich
203: linker Bereich
204: rechter Bereich
230A: Gitter
230B: Gitter
240: Bereich mit Steg
241: Steg
250: Windlast
251: Durchbiegung
252: Durchbiegung
253: Durchbiegung
261: Kraftabtragung
262: Kraftabtragung
263: Kraftabtragung
265: Kraftabtragung über Gitter

Claims

Gitterverbund (21) für eine Luftöffnung (12) eines Kraftfahrzeugs (10), welcher ein Gitter (30) und einen Rahmen (23) für das Gitter (30) aufweist, welches Gitter (30) einen Rand (31) aufweist und eine Gitterfläche (32) definiert, welche Gitterfläche (32) eine erste Seite (33) und eine der ersten Seite (33) gegenüberliegende zweite Seite (34) aufweist, welcher Rahmen (23) einen ersten Abschnitt (40) und einen zweiten Abschnitt (60) aufweist, welche zusammen eine Aufnahme für den Rand (31) des Gitters (30) bilden, welcher erste Abschnitt (40) aus einem ersten Kunststoff ausgebildet ist, und welcher zweite Abschnitt (60) aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet ist, welcher erste Kunststoff ein erster Thermoplast ist, welcher zweite Kunststoff ein zweiter Thermoplast ist, welcher erste Abschnitt (40) einen ersten Basisbereich (41) aufweist und welcher zweite Abschnitt (60) einen zweiten Basisbereich (61) aufweist, welcher erste Basisbereich (41) und welcher zweite Basisbereich (61) in einem Verbindungsbereich (70) Kontakt miteinander haben, wobei der erste Basisbereich (41) und der zweite Basisbereich (61) im Verbindungsbereich (70) fest miteinander verbunden sind, und wobei der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff, oder der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff einen Füllstoff aufweisen, um die Festigkeit zu erhöhen.
Gitterverbund nach Anspruch 1, bei welchem der erste Basisbereich (41) und der zweite Basisbereich (61) im Verbindungsbereich (70) durch eine Spritzgussverbindung fest miteinander verbunden sind.
Gitterverbund nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der erste Basisbereich (41) und der zweite Basisbereich (61) im Verbindungsbereich (70) durch Verbundhaftung fest miteinander verbunden sind.
Gitterverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Gitter (30) einen metallischen Werkstoff aufweist, insbesondere Aluminium, Aluminiumlegierung, Edelstahl oder unlegierter Stahl.
Gitterverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem sich der erste Abschnitt (40) relativ zum Gitter (30) weiter nach innen erstreckt als der zweite Abschnitt (60).
Gitterverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem sich der zweite Basisbereich (61) vom Rand (31) des Gitters (30) an einem seitlichen Bereich des Gitters (30) entlang nach innen erstreckt.
Gitterverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der zweite Basisbereich (61) zumindest bereichsweise an der äußeren Kante des Rands (31) angeordnet ist.
Gitterverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der erste Abschnitt (41) einen ersten Vorsprung (42) aufweist, welcher sich auf die erste Seite (33) erstreckt, um dort eine Luftführung zu ermöglichen.
Gitterverbund nach Anspruch 8, bei welchem sich der erste Vorsprung (42) im Querschnitt mit zunehmendem Abstand vom Gitter (30) verjüngt.
Gitterverbund nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem der erste Abschnitt (41) einen zweiten Vorsprung (43) aufweist, welcher sich auf die erste Seite (33) erstreckt und außerhalb des ersten Vorsprungs (42) angeordnet ist, um eine Montage des Gitterverbunds (21) an einem Kraftfahrzeug (10) zu ermöglichen.
Gitterverbund nach Anspruch 10, bei welchem der erste Vorsprung (42) und der zweite Vorsprung (43) im Querschnitt gemeinsam ein U-förmiges Profil aufweisen.
Gitterverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der zweite Abschnitt (60) einen dritten Vorsprung (62) aufweist, welcher sich auf die zweite Seite (34) erstreckt, um dort eine Luftführung zu ermöglichen.
Gitterverbund nach Anspruch 12, bei welchem sich der dritte Vorsprung (62) im Querschnitt mit zunehmendem Abstand vom Gitter (30) verjüngt, um eine Verformbarkeit des dritten Vorsprungs (62) zu erhöhen.
Gitterverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff, oder der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: - Polypropylen (PP) - Polycarbonat-Polybutylenterephthalat (PC-PBT) - Polyamid (PA) - Polyphenylenether (PPE) - Polycarbonat-Polyethylenterephthalat (PC-PET)
Gitterverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Füllstoff Glasfaser, Talkum oder einen mineralischen Füllstoff aufweist.
Gitterverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff, oder der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: - Polypropylen T 20 (PP T 20) - Polypropylen mit Glasfaser (PP GF) - Polyamid aus Caprolactam (PA 6) - Polycaprolactam mit Glasfaser (PA 6 GF)
Gitterverbund nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der erste Kunststoff aus mindestens einem ersten Monomer und der zweite Kunststoff aus mindestens einem zweiten Monomer aufgebaut ist, wobei das mindestens eine erste Monomer und das mindestens eine zweite Monomer gleich sind.
Kraftfahrzeug mit einem Gitterverbund (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Gitterverbund als Sichtbauteil eingebaut ist.
Verfahren zur Herstellung eines Gitterverbunds, welcher Gitterverbund ein Gitter (30) und einen Rahmen (23) für das Gitter (30) aufweist, welches Gitter (30) einen Rand (31) aufweist, welcher Rahmen (23) einen ersten Abschnitt (40) und einen zweiten Abschnitt (60) aufweist, welche zusammen eine Aufnahme für den Rand (31) des Gitters (30) bilden, welcher erste Abschnitt (40) aus einem ersten Kunststoff ausgebildet ist und welcher zweite Abschnitt (60) aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet ist, welcher erste Kunststoff ein erster Thermoplast ist, welcher zweite Kunststoff ein zweiter Thermoplast ist, wobei der erste Kunststoff, der zweite Kunststoff, oder der erste Kunststoff und der zweite Kunststoff einen Füllstoff aufweisen, um die Festigkeit zu erhöhen, und welches Verfahren folgende Schritte aufweist: A) Der erste Abschnitt (40) wird mittels Kunststoff-Spritzguss aus dem ersten Kunststoff hergestellt B) Der erste Abschnitt (40) wird in eine erste Teilform (109) eingelegt, und das Gitter (30) wird an den ersten Abschnitt (40) angelegt C) Eine zweite Teilform (110) wird relativ zur ersten Teilform (109) derart positioniert, dass sie sowohl Kontakt zum Gitter (30) als auch zum ersten Abschnitt (40) aufweist und zusammen mit diesen eine Kavität (111) definiert D) Der zweite Abschnitt (60) wird in der Kavität (111) mittels Kunststoff-Spritzguss aus dem zweiten Kunststoff hergestellt.