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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Karosseriestrukturbauteil eines Kraftfahrzeugs, umfassend
ein erstes Karosseriebauteil, das aus einem ersten Werkstoff hergestellt ist und einen Fügeabschnitt aufweist, der aus einem zweiten Werkstoff hergestellt ist, und zumindest ein zweites Karosseriebauteil, welches aus einem dritten Werkstoff hergestellt ist und angrenzend an das erste Karosseriebauteil angeordnet ist, wobei der Fügeabschnitt des ersten Karosseriebauteils eine Anzahl erster Fügebereiche aufweist, die jeweils eine Anlagefläche für das zweite Karosseriebauteil bilden, an der das zweite Karosseriebauteil in einer Montagesolllage anliegt, wobei die Karosseriebauteile dort mittels eines mechanischen Verbindungsmittels punktuell form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, und wobei der Fügeabschnitt des ersten Karosseriebauteils eine Anzahl zweiter Fügebereiche aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie sich in der Montagesolllage in einem definierten Abstand über oder unter das zweite Karosseriebauteil hinweg erstrecken, so dass sich zwischen jedem der zweiten Fügebereiche und dem zweiten Karosseriebauteil jeweils ein definierter Spalt bildet.
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Ein Karosseriestrukturbauteil der eingangs genannten Art ist zum Beispiel aus der
DE 10 2016 115 121 A1 bekannt. Aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der für die Herstellung der Karosseriebauteile verwendeten Werkstoffe kann es bei diesem Karosseriestrukturbauteil zu einem unerwünschten Bauteilverzug kommen.
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Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein Karosseriestrukturbauteil der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem ein thermisch induzierter Bauteilverzug auf einfache Weise wirksam verhindert werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Karosseriestrukturbauteil der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes Karosseriestrukturbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass die Breite der Spalte zwischen den zweiten Fügebereichen und dem zweiten Karosseriebauteil so gewählt ist, dass ein thermisch induzierter Bauteilverzug zwischen den Karosseriebauteilen kompensierbar ist. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß die Breite der Spalte zwischen den zweiten Fügebereichen des Fügeabschnitts des ersten Karosseriebauteils und dem zweiten Karosseriebauteil, die durch den Abstand der zweiten Fügebereiche vom zweiten Karosseriebauteil definiert ist, so gewählt, dass die Dehnung des Karosseriestrukturbauteils, die durch eine thermisch induzierte unterschiedliche Ausdehnung der verwendeten Werkstoffe hervorgerufen wird, insbesondere beim Auftreten von Temperaturänderungen, wirksam kompensiert werden kann. Mit anderen Worten kann durch die hier vorgestellten Maßnahmen ein thermisch induzierter Bauteilverzug der Karosseriebauteile des Karosseriestrukturbauteils wirksam kompensiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Karosseriebauteile im Bereich zumindest einiger der Spalte stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dadurch wird eine sichere, vorzugsweise nicht zerstörungsfrei lösbare, Verbindung der Karosseriebauteile im Bereich zumindest einiger der Spalte geschaffen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass in zumindest einigen der Spalte eine Klebeschicht ausgebildet ist. Eine stoffschlüssige Klebeverbindung kann durch das Einbringen einer Klebeschicht in zumindest einige der Spalte relativ einfach und mit einem geringen Montageaufwand hergestellt werden. Die Klebeschicht kann vorzugsweise aus einem elastischen Klebemittel hergestellt sein. Dadurch kann bei der stoffschlüssigen, mittels der Klebeschicht erhaltenen Fügeverbindung der Toleranzausgleich zwischen den Karosseriebauteilen bei unterschiedlichen Temperaturen, die zum Beispiel bei der Lackierung auftreten können, weiter verbessert werden.
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Vorzugsweise kann die Breite der Spalte etwa 1,0 mm betragen. Somit ermöglichen die Spalte im Vergleich zu üblichen Spalten, insbesondere Klebespalten, die typischerweise eine Breite von 0,1 mm bis 0,2 mm aufweisen, eine größere Dehnung der Karosseriebauteile, die aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe zum Beispiel durch Erwärmen und Abkühlen während der Lackierung benötigt wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das erste Karosseriebauteil und der Fügeabschnitt aus Kunststoff hergestellt sind. Diese Maßnahme trägt wirksam zu einer Gewichtsreduktion des Karosseriestrukturbauteils bei. Um hierbei die mechanischen Eigenschaften des Karosseriestrukturbauteils zu verbessern, insbesondere die Strukturfestigkeit zu erhöhen, kann in einer besonders vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen sein, dass das erste Karosseriebauteil zumindest abschnittsweise eine Faserverstärkung aufweist und/oder dass der Fügeabschnitt zumindest abschnittsweise eine Faserverstärkung aufweist. Diese Faserverstärkung kann jeweils durch Kurz- und/oder Langfasern gebildet sein, wobei die Faserart und/oder der Faserfüllgehalt des ersten Karosseriebauteils und des Fügeabschnitts unterschiedlich sein können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass das zweite Karosseriebauteil aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. Das zweite Karosseriebauteil weist dementsprechend eine hohe mechanische Strukturfestigkeit auf.
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Vorzugsweise können die mechanischen Verbindungsmittel als Stoffschlussdome, Blindniete oder Stanzniete ausgebildet sein. Diese haben den Vorteil, dass sie relativ einfach und mit geringem Aufwand montiert werden können.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass ein durch die ersten und zweiten Fügebereiche gebildeter Rand des Fügeabschnitts im Wesentlichen zacken- oder wellenartig ausgebildet ist. Wenn metallische Verbindungsmittel, wie zum Beispiel Blindniete oder Stanzniete, verwendet werden, ermöglicht diese Ausgestaltung des Randes des Fügeabschnitts in vorteilhafter Weise eine galvanische Trennung.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Anzahl von Karosseriestrukturbauteilen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eines der Karosseriestrukturbauteile nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Karosseriestrukturbauteils, das gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,
- 2 einen Schnitt durch das Karosseriestrukturbauteil entlang einer Linie A-A in 1.
- 3 einen Schnitt durch das Karosseriestrukturbauteil entlang einer Linie B-B in 1.
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Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 umfasst ein Karosseriestrukturbauteil 1 eines Kraftfahrzeug, welches gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, ein erstes Karosseriebauteil 2 und zumindest ein zweites Karosseriebauteil 4, das in seiner Montagesolllage so angeordnet ist, dass es an das erste Karosseriebauteil 2 angrenzt.
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Das erste Karosseriebauteil 2 ist aus einem ersten Werkstoff hergestellt und weist einen Fügeabschnitt 3 auf, der aus einem zweiten Werkstoff hergestellt ist und vorliegend flanschartig ausgebildet ist. Vorzugsweise sind das erste Karosseriebauteil 2 und der Fügeabschnitt 3 aus Kunststoff hergestellt, wobei die verwendeten Kunststoffe, die identisch oder unterschiedlich sein können, zumindest abschnittsweise mit Kurzfasern oder Endlosfasern verstärkt sein können. Der Füllgehalt und/oder die Art der Fasern, die für die Faserverstärkung des ersten Karosseriebauteils 2 und des Fügeabschnitts 3 verwendet werden, können sich voneinander unterscheiden und somit Unterscheidungsmerkmale bilden, durch die sich der erste Werkstoff, aus dem das erste Karosseriebauteil 2 hergestellt ist, und der zweite Werkstoff, aus dem der Fügeabschnitt 3 hergestellt ist, voneinander unterscheiden. Sofern das erste Karosseriebauteil 2 und der Fügeabschnitt 3 aus demselben Kunststoff hergestellt sind, können der Füllgehalt und/oder die Art der verwendeten Fasern die einzigen Unterscheidungsmerkmale zwischen dem ersten Karosseriebauteil 2 und dem Fügeabschnitt 3 bilden.
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Das zweite Karosseriebauteil 4 ist vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, so dass sich insbesondere eine höhere mechanische Strukturfestigkeit des Karosseriestrukturbauteils 1 ergibt. Dieses zweite Karosseriebauteil 4 ist in der nachfolgend beschriebenen Weise mit dem Fügeabschnitt 3 des ersten Karosseriebauteils 2 verbunden.
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Der Fügeabschnitt 3 des ersten Karosseriebauteils 2 umfasst eine Anzahl erster Fügebereiche 30. Wie insbesondere in 2 zu erkennen, bilden diese ersten Fügebereiche 30 jeweils eine Anlagefläche für das zweite Karosseriebauteil 4. Das zweite Karosseriebauteil 4 erstreckt sich nach der Montage unterhalb der ersten Fügebereiche 30 und liegt an diesen in der Montagesolllage an. In diesen ersten Fügebereichen 30 können die Karosseriebauteile 2, 4 jeweils mittels eines mechanischen Verbindungsmittels punktuell form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden werden.
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Darüber hinaus weist der Fügeabschnitt 3 des ersten Karosseriebauteils 2 eine Anzahl zweiter Fügebereiche 31 auf. Einer dieser zweiten Fügebereiche 31 ist in 3 im Detail dargestellt. Diese zweiten Fügebereiche 31 sind so ausgebildet, dass sie sich in der Montagesolllage in einem definierten Abstand über das zweite Karosseriebauteil 4 hinweg erstrecken, so dass sich zwischen jedem der zweiten Fügebereiche 31 und dem zweiten Karosseriebauteil 4 jeweils ein definierter Spalt 5 ergibt.
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Wie in 1 zu erkennen, wechseln sich die ersten und zweiten Fügebereiche 30, 31 des Fügeabschnitts 3 einander ab. Das bedeutet, dass auf einen ersten Fügebereich 30 ein zweiter Fügebereich 31 und auf diesen wiederum ein erster Fügebereich 30 folgt usw. Ferner wird deutlich, dass die ersten Fügebereiche 30 - in Richtung des zweiten Karosseriebauteils 4 betrachtet - eine größere räumliche Ausdehnung als die zweiten Fügebereiche 31 aufweisen. Somit weist der Fügeabschnitt 3 eine zacken- oder wellenartige Struktur auf, die durch die ersten und zweiten Fügebereiche 30, 31 gebildet wird. Vorzugsweise können die ersten und zweiten Fügebereiche 30, 31 des Fügeabschnitts 3 zumindest abschnittsweise durch Spritzgießen hergestellt sein. Dieses ist vorteilhaft, da der Widerstand gegenüber Abscheren zwischen dem Rand des Fügeabschnitts 3, der durch die ersten und zweiten Fügebereiche 30, 31 gebildet ist, und endlosfaserverstärktem Kunststoff, aus dem das erste Karosseriebauteil 2 hergestellt sein kann, erhöht wird.
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Im Bereich zumindest einiger der Spalte 5, vorzugsweise im Bereich aller Spalte 5, ist das zweite Karosseriebauteil 4 stoffschlüssig mit den zweiten Fügebereichen 31 des Fügeabschnitts 3 verbunden. Diese stoffschlüssigen Verbindungen können in unterschiedlicher Weise realisiert sein. Vorzugsweise kann in jeden der Spalte 5 eine Klebeschicht eingebracht sein, um dort eine stoffschlüssige Verbindung zu erhalten.
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Die Breite der Spalte 5 zwischen den zweiten Fügebereichen 31 und dem zweiten Karosseriebauteil 4 und somit die Dicke der darin eingebrachten Klebeschichten sind so gewählt, dass ein thermisch induzierter Bauteilverzug zwischen den Karosseriebauteilen 2, 4 wirksam kompensiert werden kann. Durch diese Wahl der Breite der Spalte 5 und der Dicke der darin eingebrachten Klebeschichten, die vorzugsweise aus einem weichelastischen Klebemittel hergestellt werden, kann eine Dehnung der Karosseriebauteile 2, 4 des Karosseriestrukturbauteils 1, die durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Werkstoffe unter dem Einfluss von Temperaturänderungen hervorgerufen wird, in besonders einfacher Weise wirksam kompensiert werden.
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Die Spalte 5, in die jeweils eine Klebeschicht für das stoffschlüssige Fügen der beiden Karosseriebauteile 2, 4 eingebracht wird, weisen vorzugsweise eine Breite von etwa 1 mm auf. Damit ist die Spaltbreite der Spalte erheblich größer als die Spaltbreite typischer Klebespalte, die etwa 0,1 mm bis 0,2 mm beträgt. Somit lassen die bewusst breiter ausgebildeten Spalte 5 eine größere Dehnung der Karosseriebauteile 2, 4 des Karosseriestrukturbauteils 1 zu, die aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Werkstoffe durch Erwärmen und Abkühlen, insbesondere während des Lackierprozesses des Karosseriestrukturbauteils 1, benötigt wird.
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Die mechanischen Verbindungsmittel, die in den ersten Fügebereichen 30 des Fügeabschnitts 3 die beiden Karosseriebauteile 2, 4 punktuell form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbinden, können zum Beispiel als hier nicht explizit dargestellte Stoffschlussdome ausgebildet sein. Mittels dieser Stoffschlussdome können auch die Spalte 5 hergestellt werden, da die beiden Karosseriebauteile 2, 4 an den ersten Fügebereichen 30 spaltfrei gefügt werden.
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Alternativ können die mechanischen Verbindungsmittel auch als Stanz- oder Blindniete aus Metall ausgebildet sein. Die ersten Fügebereiche 30 des gezackt oder wellenartig ausgeführten Fügeabschnitts 3 dienen hierbei in vorteilhafter Weise auch zur galvanischen Trennung. Seitlich neben den ersten Fügebereichen 30 finden sich Bereiche 20 aus dem ersten Material, aus dem das erste Karosseriebauteil 2 hergestellt ist. Vorzugsweise sind diese Bereiche 20 überwiegend durch Endlosfasern gebildet, da für die dort durch die Klebeschichten gebildete Strukturklebung hohe mechanische Steifigkeiten und Festigkeiten erforderlich sind. Wird auf die Einbringung von Kohlefasern verzichtet oder wird eine nicht-metallische Fügetechnik verwendet, können die Endlosfasern bis an den Rand des Fügebabschnitts 3 gelegt werden, wobei der Spritzgussrand auf ein Minimum reduziert werden kann oder auch ganz entfallen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016115121 A1 [0002]
