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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugscharniereinrichtung für einen Deckel eines Kraftfahrzeugs und umfasst wenigstens zwei über wenigstens eine Gelenkeinrichtung relativ zueinander bewegbar verbundene Konsolenelemente. Wenigstens ein erstes Konsolenelement ist an einer Karosseriestruktur und wenigstens ein zweites Konsolenelement an dem Deckel aufnehmbar.
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Um das Fahrzeuggewicht möglichst gering zu halten, können solche Scharniere in Leichtbauweise ausgeführt werden. Beispielsweise ist aus der
DE 10 2015 115 162 A1 ein Deckelscharnier bekannt geworden, bei dem die Konsolenelemente aus einem Organoblech mit einem endlosfaserverstärkten Kunststoff mit einer thermoplastischen Polyamidmatrix ausgeführt sind. Solche Scharniere bieten einerseits ein geringes Gewicht und eine ausreichende Stabilität, sind andererseits aber sehr aufwendig und kostenintensiv in der Fertigung.
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Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostenoptimierte und zugleich zuverlässig einsetzbare Fahrzeugscharniereinrichtung in Leichtbauweise zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrzeugscharniereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugscharniereinrichtung ist für einen Deckel eines Kraftfahrzeugs vorgesehen und vorzugsweise in Leichtbauweise ausgeführt. Die Fahrzeugscharniereinrichtung umfasst wenigstens zwei über wenigstens eine Gelenkeinrichtung relativ zueinander bewegbar verbundene Konsolenelemente. Wenigstens ein erstes Konsolenelement ist an einer Karosseriestruktur aufnehmbar. Wenigstens ein zweites Konsolenelement ist an dem Deckel aufnehmbar. Dabei ist wenigstens eines der Konsolenelemente aus wenigstens einem Hochleistungsthermoplast mit einer Kohlenstofffüllung von wenigstens 10 % und vorzugsweise wenigstens 20 % gefertigt. Insbesondere sind das erste Konsolenelement und/oder das zweite Konsolenelement aus dem Hochleistungsthermoplast mit der Kohlenstofffüllung gefertigt. Die Fahrzeugscharniereinrichtung ist insbesondere ein Deckelscharnier.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugscharniereinrichtung bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die Ausführung des Konsolenelements aus dem Hochleistungsthermoplast. Dadurch weist das Konsolenelement eine besonders hohe mechanische Belastbarkeit und thermische Beständigkeit auf und bietet zugleich ein besonders geringes Gewicht. Besonders vorteilhaft ist auch die Kohlenstofffüllung. Dadurch kann die Stabilität weiter verbessert werden. Zudem können über den Füllstoffanteil die mechanischen Eigenschaften gezielt eingestellt werden. Besonders vorteilhaft ist auch, dass bei der Erfindung auf großflächige Einleger und beispielsweise auf sehr kostenintensive und aufwendige Organobleche verzichtet werden kann.
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Vorzugsweise ist der wenigstens eine Hochleistungsthermoplast aus einer Gruppe von Hochleistungsthermoplasten umfassend PPA, PEKK, PEEK, PPS, PEK, PSUPES, PAI, PPSU, PBT, PA entnommen. Solche Hochleistungsthermoplaste können besonders vorteilhaft für die erfindungsgemäße Fahrzeugscharniereinrichtung eingesetzt werden. PBT und PA werden insbesondere bei geringeren thermischen Anforderungen eingesetzt. Möglich ist auch der Einsatz von anderen Hochleistungsthermoplasten, welche die Anforderungen der Fahrzeugscharniereinrichtung an mechanische und thermische Beständigkeit erfüllen.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass in das wenigstens eine Konsolenelement wenigstens ein insbesondere unidirektionales thermoplastverstärktes Kohlenstofffaserband eingebunden ist. Dadurch kann eine besonders günstige Festigkeits- und Steifigkeitssteigerung erzielt werden. Es ist möglich, dass wenigstens zwei und oder wenigstens drei oder eine andere Mehrzahl solcher Kohlenstofffaserbänder eingebunden ist. Möglich ist auch, dass wenigstens ein bidirektionales oder mehrdirektionales Kohlenstofffaserband eingebunden ist. Es ist möglich, dass ein Verbund von zwei oder mehr unidirektionalen Kohlenstofffaserbändern eingebunden ist. Beispielsweise kann ein Kreuzverbund und/oder ein anderer Verbund vorgesehen sein. In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass das Kohlenstofffaserband thermoplastverstärkt ist. Möglich sind auch andere Verstärkungen.
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Vorzugsweise wird das Kohlenstofffaserband vor einem Spritzgießen des Konsolenelements in ein zum Spritzgießen des Konsolenelements vorgesehenes Werkzeug eingebracht. Das bietet den Vorteil, dass die Einbindung des Kohlenstofffaserbands in nur einem Arbeitsschritt erfolgen kann und beispielsweise kein Hinterspritzen oder dergleichen nötig ist, wie es z. B. beim Einbinden von Organoblechen notwendig ist.
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Vorzugsweise ist das Kohlenstofffaserband gezielt in einer zu verstärkenden Ebene des wenigstens einen Konsolenelements angeordnet. Dabei ist die zu verstärkende Ebene vorzugsweise parallel zu einem Tragabschnitt des Konsolenelements ausgerichtet. In diesem Tragabschnitt ist insbesondere wenigstens ein Anbindungspunkt für die Gelenkeinrichtung und/oder die Karosseriestruktur und/oder den Deckel angeordnet. Es ist möglich, dass das Konsolenelement zwei oder mehr zu verstärkende Ebenen aufweist, in denen das Kohlenstofffaserband angeordnet ist. Das bietet eine besonders gezielte und vorteilhafte Verstärkung bzw. Versteifung. Insbesondere umfasst das Konsolenelement wenigstens einen Tragabschnitt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich das Kohlenstofffaserband in wenigstens einen Anbindungspunkt des Konsolenelements für die Gelenkeinrichtung und/oder die Karosseriestruktur und/oder den Deckel. Erfindungsgemäß wird unter einem Anbindungspunkt auch eine flächige Struktur zur Anbindung verstanden, beispielsweise ein Anbindungsbereich. Besonders bevorzugt ist der Anbindungspunkt mit dem Kohlenstofffaserband verstärkt. Insbesondere ist das Kohlenstofffaserband derart angeordnet, dass der Anbindungspunkt verstärkt ist. Insbesondere erstreckt sich das Kohlenstofffaserband über wenigstens zwei oder drei oder mehr Anbindungspunkte. Insbesondere umfasst das Konsolenelement wenigstens einen Anbindungspunkt.
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Insbesondere ist das Kohlenstofffaserband wenigstens teilweise mit wenigstens einem Thermoplast und vorzugsweise einem Hochleistungsthermoplast verstärkt, welcher dazu geeignet und ausgebildet ist, während eines Spritzgießens mit dem Hochleistungsthermoplasten des Konsolenelements eine stoffschlüssige Verbindung einzugehen. Es ist möglich, dass das Kohlenstofffaserband wenigstens teilweise mit dem gleichen Hochleistungsthermoplasten verstärkt ist, aus welchem auch das Konsolenelement gefertigt ist. Das bietet eine besonders vorteilhafte Einbindung des Kohlenstofffaserbands in die Gesamtstruktur des Konsolenelements.
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Es ist möglich und bevorzugt, dass die Gelenkeinrichtung und/oder die Karosseriestruktur und/oder der Deckel direkt an dem wenigstens einen Konsolenelement angebunden ist. Das bietet eine besonders vorteilhafte Gewichtsreduzierung, da beispielsweise auf Buchsen oder dergleichen verzichtet werden kann. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Konsolenelemente ist eine direkte Anbindung mit hoher Zuverlässigkeit und Lebensdauer möglich. Besonders bevorzugt ist wenigstens ein Führungslenker der Gelenkeinrichtung direkt an dem wenigstens einen Konsolenelement angebunden. Insbesondere ist eine bewegbare und vorzugsweise drehbare direkte Anbindung an dem Konsolenelement vorgesehen. Möglich ist auch, dass das eine unbewegliche direkte Anbindung an dem Konsolenelement erfolgt. Das direkt angebundene Teil kann aus einem Metallwerkstoff gefertigt sein. Es kann auch wenigstens eine andere und insbesondere aus einem Metallwerkstoff gefertigte Komponente direkt an dem Konsolenelement angebunden sein.
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In einer Weiterbildung ist in dem wenigstens einen Konsolenelement wenigstens eine Buchse aufgenommen. Die Buchse ist insbesondere zur Anbindung des Konsolenelements an die Gelenkeinrichtung und/oder an die Karosseriestruktur und/oder an den Deckel geeignet und ausgebildet. Insbesondere besteht die Buchse aus einem anderen Werkstoff als das Konsolenelement und beispielsweise aus einem Metallwerkstoff. Vorzugsweise ist die Buchse fest in das Konsolenelement eingearbeitet. Die Buchse kann auch lösbar an dem Konsolenelement aufgenommen sein. Insbesondere ist die Buchse für eine bewegbare und insbesondere drehbare Anbindung an das Konsolenelement geeignet und ausgebildet.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist wenigstens ein Teil der Gelenkeinrichtung und besonders bevorzugt wenigstens ein Führungslenker der Gelenkeinrichtung aus dem Hochleistungsthermoplast mit der Kohlenstofffüllung gefertigt. Das bietet eine besonders vorteilhafte Gewichtsoptimierung. Insbesondere besteht die Gelenkeinrichtung wenigstens teilweise aus dem gleichen Werkstoff wie das Konsolenelement. Es ist möglich, dass alle Führungslenker der Gelenkeinrichtung aus dem Hochleistungsthermoplasten mit der Kohlenstofffüllung gefertigt sind. Möglich ist auch, dass die Gelenkeinrichtung wenigstens teilweise und vorzugsweise wenigstens ein Führungslenker der Gelenkeinrichtung aus einem Metallwerkstoff oder einem anderen geeigneten Werkstoff gefertigt sind.
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In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass das wenigstens eine Konsolenelement durch wenigstens ein Spritzgussverfahren hergestellt ist bzw. wird. Besonders bevorzugt ist das Konsolenelement durch nur ein einziges Spritzgießen hergestellt. Das bietet eine besonders zügige und wirtschaftliche Herstellung. Möglich ist auch, dass das wenigstens eine Konsolenelement durch wenigstens ein anderes Gießverfahren und vorzugsweise durch nur ein einziges Gießen hergestellt ist. Möglich ist auch, dass das Konsolenelement durch ein anderes für den Hochleistungsthermoplasten mit Kohlenstofffüllung geeignetes Fertigungsverfahren hergestellt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer Fahrzeugscharniereinrichtung für einen Deckel eines Kraftfahrzeugs. Die Fahrzeugscharniereinrichtung umfasst wenigstens zwei über wenigstens eine Gelenkeinrichtung relativ zueinander bewegbar verbundene Konsolenelemente. Wenigstens ein erstes Konsolenelement ist in einer Karosseriestruktur aufnehmbar. Wenigstens ein zweites Konsolenelement ist an dem Deckel aufnehmbar. Dabei wird wenigstens eines der Konsolenelemente aus wenigstens einem Hochleistungsthermoplast mit einer Kohlenstofffüllung von wenigstens 10 % und vorzugsweise wenigstens 20 % vorzugsweise mittels wenigstens eines Spritzgussverfahrens gefertigt. Möglich ist auch, dass das Konsolenelement aus dem Hochleistungsthermoplasten mit der Kohlenstofffüllung durch wenigstens ein anderes geeignetes Fertigungsverfahren und vorzugsweise Gießverfahren gefertigt wird.
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Auch das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile und ermöglicht eine besonders wirtschaftliche und kostenoptimierte Herstellung einer gewichtsreduzierten und zuverlässigen Fahrzeugscharniereinrichtung. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren so ausgebildet, dass die zuvor beschriebene Fahrzeugscharniereinrichtung hergestellt wird. Insbesondere ist die zuvor beschriebene Fahrzeugscharniereinrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar.
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Das wenigstens eine Konsolenelement besteht insbesondere aus dem Hochleistungsthermoplast mit der Kohlenstofffüllung. Insbesondere besteht das Konsolenelement nur aus dem Hochleistungsthermoplast mit der Kohlenstofffüllung. Dabei kann die Fahrzeugscharniereinrichtung Komponenten aus einem anderen Werkstoff und beispielsweise aus einem Metallwerkstoff umfassen, welche mit dem wenigstens einen Konsolenelement verbunden sind, beispielsweise Buchsen und/oder Verschraubungen oder dergleichen. Möglich ist auch, dass das wenigstens eine Konsolenelement den Hochleistungsthermoplast mit der Kohlenstofffüllung umfasst.
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Insbesondere ist das wenigstens eine Konsolenelement aus dem Hochleistungsthermoplast mit einer Kohlenstofffüllung von wenigstens 15 % und besonders bevorzugt wenigstens 25 % gefertigt. Möglich ist auch eine Kohlenstofffüllung von wenigstens 30 % oder wenigstens 40 % oder wenigstens 50 % oder auch wenigstens 60 %. Insbesondere wird der Anteil unter Berücksichtigung der mechanischen Anforderungen an das Konsolenelement eingestellt. Die Kohlenstofffüllung umfasst insbesondere faserigen Kohlenstoff. Die Kohlenstofffüllung kann aus Kohlefasern bestehen oder Kohlefasern umfassen.
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Das wenigstens eine Konsolenelement umfasst insbesondere wenigstens einen Tragabschnitt und vorzugsweise wenigstens zwei Tragabschnitte. Insbesondere sind die Tragabschnitte dabei quer und beispielsweise L-förmig oder auch T-förmig zueinander angeordnet. Die Tragabschnitte können rechtwinklig zueinander angeordnet sein. Insbesondere dient dabei ein Tragabschnitt zur Anbindung an die Gelenkeinrichtung. Der andere Tragabschnitt dient insbesondere zur Anbindung an den Deckel und/oder die Karosseriestruktur. Insbesondere weisen sowohl das erste als auch das zweite Konsolenelement jeweils zwei solche Tragabschnitte auf. Insbesondere sind die Tragabschnitte eines Konsolenelements einstückig miteinander verbunden. Insbesondere ist das Konsolenelement einstückig ausgeführt. Insbesondere sind die vorgesehenen Anbindungspunkte des Konsolenelements in dessen Tragabschnitten angeordnet.
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Der Deckel ist insbesondere eine Motorhaube oder eine Kofferraumhaube. Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff Deckel auch eine Klappe und/oder Tür für ein Kraftfahrzeug verstanden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Fahrzeugscharniereinrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
- 2 die Fahrzeugscharniereinrichtung in einer anderen perspektivischen Ansicht;
- 3 die Fahrzeugscharniereinrichtung in einer weiteren perspektivischen Ansicht; und
- 4 die Fahrzeugscharniereinrichtung in einer anderen perspektivischen Ansicht.
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1 zeigt eine als Deckelscharnier ausgebildete erfindungsgemäße Fahrzeugscharniereinrichtung 1 für einen Deckel 2 eines Kraftfahrzeugs und beispielsweise für eine Motorhaube oder einen Kofferraumdeckel. Die Fahrzeugscharniereinrichtung 1 ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
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Die Fahrzeugscharniereinrichtung 1 ist in den 2 bis 4 in anderen Darstellungen bzw. anderen Scharnierstellungen gezeigt. Nachfolgend wird die Scharniereinrichtung 1 beispielhaft mit Bezug zu den 1 bis 4 näher beschrieben.
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Die Fahrzeugscharniereinrichtung 1 umfasst hier zwei Konsolenelemente 2, welche über eine Gelenkeinrichtung 3 miteinander verbunden sind, sodass sie relativ zueinander bewegt werden können. Die Gelenkeinrichtung 3 umfasst hier mehrere miteinander gekoppelte Führungslenker 13. Dabei ist ein erstes Konsolenelement 14 an einer hier nicht näher dargestellten Karosseriestruktur 12 und ein zweites Konsolenelement 24 an einem hier nicht näher dargestellten Deckel 2 befestigbar.
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Die Konsolenelemente 4 weisen hier jeweils zwei L-förmig zueinander angeordnete Tragabschnitte 34 auf. In den Tragabschnitten 34 sind hier Anbindungspunkte 44 zur Befestigung der Konsolenelemente 4 an den jeweiligen Komponenten angeordnet.
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Das erste Konsolenelement 14 wird mit dem einem Tragabschnitt 34 mittels zwei Anbindungspunkten 44 an der Karosseriestruktur 12 befestigt. An dem anderen Tragabschnitt 34 erfolgt die Befestigung an den Führungslenkern 13 der Gelenkeinrichtung 3 über zwei weitere Anbindungspunkte 44.
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Das zweite Konsolenelement 24 wird hier über den einen Tragabschnitt 34 mittels zwei Anbindungspunkten 44 an dem Deckel 2 befestigt. Der andere Tragabschnitt 34 dient hier zur Befestigung an den Führungslenkern 13 mittels zwei Anbindungspunkten 44.
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Die Konsolenelemente 4 sind hier aus einem durch Spritzgießen hergestellten Hochleistungsthermoplast 5 mit einer Kohlenstofffüllung 15 von beispielsweise wenigstens 20 % ausgeführt. Um eine besonders günstige thermische Beständigkeit zu garantieren, werden beispielsweise PPA, PEKK, PEEK, PPS, PEK, PSUPES, PAI und/oder PPSU eingesetzt. Bei geringeren thermischen Anforderungen können beispielsweise auch PBT und/oder PA bzw. andere Hochleistungsthermoplaste 5 eingesetzt werden. Über den Anteil der Kohlenstofffüllung 15 können beispielsweise die mechanischen Eigenschaften gezielt eingestellt werden.
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In einer Weiterbildung können auch die hier gezeigten Führungslenker 13 aus diesem Werkstoff insbesondere durch Spritzgießen hergestellt sein. Es können aber auch metallische Führungslenker 13 vorgesehen sein.
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Die Befestigung an metallische Strukturen und beispielsweise die Befestigung metallischer Führungslenker 13 kann hier über die in der 2 besonders gut zu erkennenden Buchsen 6 erfolgen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Werkstoffwahl für die Konsolenelemente 4 kann die Anbindung an metallische Strukturen und beispielsweise an metallische Führungslenker 13 aber auch direkt erfolgen. Dann wird auf die Buchsen 6 in den Anbindungspunkten 44 vorzugsweise verzichtet, sodass das Gewicht weiter reduziert wird.
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Zur gezielten Festigkeits- und Steifigkeitserhöhung der Konsolenelemente 4 werden in einer Ausgestaltung unidirektionale thermoplastverstärkte Kohlenstofffaserbänder 25 eingebettet. Die Kohlenstofffaserbänder 25 werden in der zu verstärkenden Ebene gezielt verlegt. Solche Kohlenstofffaserbänder 25 sind in den 3 und 4 skizziert.
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In dem hier gezeigten Beispiel liegen die zu verstärkenden Ebenen parallel in den Tragabschnitten 34. Dabei erstrecken sich die Kohlenstofffaserbänder 25 auch durch die jeweiligen Anbindungspunkte 44. Alternativ bzw. zusätzlich zu den hier gezeigten Anordnungen können auch andere bzw. weitere Tragabschnitte 34 mit den Kohlenstofffaserbändern 25 ausgestattet werden. Durch die hier gezeigte Anordnung der Kohlenstofffaserbänder 25 verstärken diese die Anbindungspunkte 44 zu den Führungslenkern 13 und zum Deckel 2. Es können beispielsweise auch die Anbindungspunkte 44 zur Karosseriestruktur 12 verstärkt werden.
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Die Kohlenstofffaserbänder 25 sind hier mit einem Thermoplast bzw. Hochleistungsthermoplasten 5 verstärkt, welcher eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Spritzgussmaterial des Konsolenelements garantiert. Die Kohlenstofffaserbänder 25 werden dabei vor dem Spritzgussprozess in das Werkzeug eingebracht.
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Die hier vorgestellte Erfindung bietet ein Deckelscharnier in Leichtbauweise bzw. Kunststoffbauweise, das keinen großflächigen Einleger zur strukturellen Versteifung und Festigkeitserhöhung, wie zum Beispiel ein Organoblech oder dergleichen, benötigt. Bei der hier vorgestellten Erfindung werden die Konsolenelemente 4 aus kohlefaserverstärktem Spritzguss hergestellt. Dadurch können ein Fertigungsschritt und die hohen Kosten eines Organoblechs eingespart werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugscharniereinrichtung
- 2
- Deckel
- 3
- Gelenkeinrichtung
- 4
- Konsolenelement
- 5
- Hochleistungsthermoplast
- 6
- Buchse
- 12
- Karosseriestruktur
- 13
- Führungslenker
- 14
- Konsolenelement
- 15
- Kohlenstofffüllung
- 24
- Konsolenelement
- 25
- Kohlenstofffaserband
- 34
- Tragabschnitt
- 44
- Anbindungspunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015115162 A1 [0002]
