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"Front- und/oder Heckkarosserie für
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Kraftfahrzeuge"
"Front- und/oder Heckkarosserie für
Kraftfahrzeuge" Die Erfindung betrifft eine Front- und/oder Heckkarosserie für Kraftfahrzeuge,
die entweder zweigeteilt, aus Bumper und Front- bzw. TIeckkörper bestehend, oder
aber nur einteilig als Bumper bzw. Front- und Heckschale auf übliche Blechkarosserien
angewandt werden kann. Der Bumper, der einen nach außen gewölbten kanten- und rippenfreien
Flächenhereich auSweist, und der Front- und/oder Heckkörper setzen sich aus einer
oder mehreren Kunststoffplatte(n) und/oder Kunststoffschale(n) zusammen, von denen
einer oder mehrere durch Kalt- und/oder Warmumformung von Thermoplasthalbzeug hergestellt
werden.
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Die zur seit Üblichen Blechkarosserien für Kraftfahrzeuge sind derart
konstruiert, daß die bei einer Kollision entstehenden Belastungen von punktartig
auf Trägern gelagerten Stoßstangen aufgenommen werden müssen. Die an diesen Stellen
auftretenden Spannungspitzen bei Stößen führen oft zu einem frühzeitigen Versagen
derartiger Konstruktionen. Die flächenhaften Gebilde der Front- und/oder Heckkarosserie
wie Motorhaube, Kotflügel und dgl. erfüllen bei diesen Konstruktionen hauptschlich
verkleidende Funktionen.
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Es ist weiterhin bereits bekannt (vgl. DF.-GM 78 19 567), Frontelemente
filr Autokarosserien als einst.ickige Hohlkörper aus polymeren Kunststoffmaterial
herzustellen mit einem zur Abdeckung des K£lhlerradiators vorgesehenen grillartigen
Teil, das durch eine als Stoßfänger dienende horizontale vorstehende Rippe in zwei
Bereiche unterteilt ist, mit zwei dieser Rippe.seitlich des grillartigen Teils benachbarten
eingelassenen Sitzen zur Aufnahme der Fahrtrichtungsanzeige- und der Signalleuchten
sowie mit wenigstens zwei weiteren tief eingezogenen Sitzen zur Aufnahme und Festlegung
der Frontscheinwerfer. Diese Frontelemente werden im Spritz- oder einem anderen
Urformungsprozeß aus Kunststoffmaterial hergestellt, so daß für die Fabrikation
sehr komplizierte und teure Spritzgießformen erforderlich sind. Darüber hinaus weisen
derartige mit Rippen, Kanten und dgl. versehene Spritzgußfrontelemente den Nachteil
auf> daß selbst bei kleineren oder mittleren Stößen innerhalb durchgeführter
Crashversuche die Gefahr einer bleibenden plastischen Verformung besteht.
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Ziel und'Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, die vorgenannten
Nachteile weitgehend zu vermeiden. Es sollte eine Front- und/oder Heckkarosserie
aus Kunststoff
gefunden werden, deren flachenhafte Strukturen überwiegend
die bei einer Kollision auftretenden Belastungen (bei kleinen oder mittleren Geschwindigkeiten)
aufnehmen.
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Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß diesen Zielen und Aufgaben
eine Front- und/oder Heckkarosserie für Kraftfahrzeuge bestehend aus oder enthaltend
mindestens einen Hohlkörper aus polymeren Kunststoffmaterial, der ggf. Öffnungen,
Ausnehmungen oder Vertiefungen zur Aufnahme von Scheinwerfern, Lampen, Radiatoren,
Belüftungen und/oder zur Aufnahme anderer Zusatzvorrichtungen besitzt, gerecht wird,
bei der der Bumper (1) einen nach außen gewölbten kanten- und rippenfreien Flächenbereich
aufweist.
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Der aus dem Bumper (1) oder aus dem Front- und/oder Heckkörper (2)
und dem Bumper (1) gebildete Hohlkörper der Front- und/oder Heckkarosserie besteht
dabei aus einer oder mehreren Kunststoffplatte(n) und/oder Kunststoffschale(n),
von denen eine oder mehrere durch Kalt- und/ oder Warmumformung von Thermoplasthalbzeug
und/oder aus preßgereckten Thermoplasthalbzeug hergestellt worden sind.
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Der Vorteil eines durch Druckkräfte belasteten flächenhaften Tragwerkes,
wie z.B. eine Platte (bzw. Schale) im Vergleich zu einem Träger bzw. Knickstab zeigt
sich besonders bei Erreichen der jeweiligen Stabilitätsgrenzen.
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Während beim Träger nur eine geringe Steigerung der Last über die
Stabilitätsgrenze hinaus möglich ist , da bereits unter kleinen Lastüberschreitungen
die Ausbiegungen und damit die zusätzlichen Biegespannungen sehr rasch anwachsen,
können die Platten noch wesentlich höhere Lasten aufnehmen, ehe sie völlig deformieren.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Bumper (1) einen
nach außen gewölbten kanten- und rippenfreien F15-chenbereich auf. Der aus dem Bumper
(1) oder aus dem Front-und/oder Heckkörper (2) und dem Bumper (1) gebildete Hohlkörper
der Front- und/oder Heckkarosserie besteht aus einer oder mehreren Kunststoffplatte(n)
und/oder Kunststoffschale(n), von denen eine oder mehrere durch Streckziehen bzw.
Streckformen, Tiefziehen (einschließlich Druckluftformung und Vakuumformung), Pressformung
bzw. Pressumformung oder Biegen von Halbzeug aus Thermoplasten und/ oder pressgereckten
Thermoplasten hergestellt worden sind.
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Hergestellt werden somit die Karosserieteile aus thermoplastischen
Fertighalbzeug, aus Platten und Profilen, die mittels einfacher Umformverfahren
wie Streckformen, Tiefziehen, Preßformen bzw. Preßumformen, Biegen usw. in die endgültige
Bauteilform gebracht werden. Dadurch besitzen die derart hergestellten Körper gegenüber
spritzgegosse-
nen Bauteilen mehrere Vorteile, insbesondere bessere
Festigkeitseigenschaften. Die spritzgegos,senen Teile weisen nämlich wegen ihres
niedrigeren Polymerisationsgrades geringere Festigkeiten als extrudierte Erzeugnisse
auf. Weiterhin sind sie wegen der Gefahr von Spannungsrißkorrosionen entlang der
Fließrichtung nicht so hoch belastbar und nicht zuletzt können mittels,Spritzgießens
wegen der Gefahr von Lunkerbildung nur Bauteile mit begrenzten Wanddicken angefertigt
werden.
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Die Verwendung von thermoplastischen Halbzeug zeichnet sich weiterhin
durch den Vorteil geringer Anschaffungskosten und im besonderen durch seine leichte
und preisgflnstige Verarbeitbarkeit aus. So bietet sich gerade das Preßumformen
für die Automobilindustrie an, da die bereits vorhandenen Blechpressen volle Verwendung
finden können. Aber auch bei der Herstellungnittels Streckformens bzw. Tiefziehens
kann mit weitaus geringeren Anschaffungskosten als beim Spritzgießen gerechnet werden,
da sowohl die Herstellungsmaschinen als auch die Werkzeuge einfacher und somit preisgünstiger
sind.
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Der Bumper (Front- oder Heckschale) (1) besteht aus mindestens einer
n3ch niißen (im Frontteil nach vorne, im Heckteil nach hinten) gewölbten Kunststoffschale,
die einen
homogenen oder inhomogenen Querschnitt (des Stoffaufbaues)
aufweist, Nach einer AusRilhrungsform ist der, einen inhomogenen Querschnitt (des
Stoffaufbaues) aufweisende Bumper (1) aus Mehrfachschalen, bestehend aus gleichen
oder unterschiedlichen Thermoplasten, und/oder Sandwichschalen und/oder Integralschaumschalen
und/oder Strukturschaumschalen zusammengesetzt it diesem Umformverfahren lassen
sich somit auch PKW-Front- bzw.
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Heckschalen (z.B. der ganze Bumper oder umperteile und/oder der ganze
Front- und/oder Heckkörper und/oder -teile) mit homogenen oder inhomogenen Querschnitten
herstellen, so z.B. fehrfachschalen aus gleichen oder auch unterschiedlichen Thermoplasten,
Sandichschalen bzw. Integralschaumschalen. Bei der Verwendung von Schalen oder Schalenteilen
mit inhomogenen Querschnitten des Stoffaufbaus kann die Schale aus mehreren ineinandergeschobenen
Schalenteilen unterschiedlicher Kunststoffzusammensetzung bestehen oder auch aus
einem einzelnen Teil mit einer inhomogenen Stoffverteilung.
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An den Fahrzeugenden des Fahrgestelles und Bumpers sind gemäß der
Erfindung keine Stoßstangen oder ähnliche Stoßfänger vorhanden. Die Funktion der
Stoßstangen oder des Stoßfängers wird somit von dem Bumper (1) Übernommen,
so
daß die Funktion der Stoßstangen oder des Stoßfngers in dem Bumper (Front- und/oder
Heckschale) integriert ist, wobei der Bumper (1) in seinem nach außen gewölbten
Bereich und/oder in den Bereichen, die über die Längsabmessungen des Fahrgestelles
hinausragen, keine Kanten, Stege, Voll- oder Hohlkammerprofile, Rippen oder ähnliche
Profile aufweist.
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Ein Nachteil des Streckformens bzw. Tiefziehens, nlich die Tatsache,
nur rippenlose Konstruktionen ausführen zu können, ist für diesen Einsatzfall bedeutungslos,
wenn nicht zu sagen beabsichtigt, da im Rahmen der Arbeiten festgestellt wurde,
daß Rippenkonstruktionen des Bumpers bei stoßartigen Belastungen zu einem frtihzeitigen
Versagen dieses Bauteils führen. Aus diesem Grund sollte auch hier ein nachträgliches
Einsetzen von Rippen bzw. Profilen in den Bumper bzw. in der Frontschale weitgehend
vermieden werden.
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Die aus dem Bumper (1) oder die- aus dem Front- und/oder Heckkörper
(2) und dem Bumper (1) gebildete Front- und/ oder l{eckkarosserie ist einteilig
oder mehrteilig. Die einzelteile sind durch Klebung, Schweißung, Schnappverbindung,
Verschraubung oder ähnliche Verbindungsformen verbunden bzw. befestigt. Das Zusammenfügen
der einzelnen
Bauelemente der Thermoplastkarosserie bzw. Karosserieteile
kann durch Kleben, Schweißen oder mittels Schnappverbindungen vorgenommen werden.
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Der Frontkörper (2) und/oder Heckkörper ist gemaß der Erfindung in
Kraftfahrzeuglängsrichtung in einen Motorraum bzw. Kofferraum und je einen rechten
und linken Radkasten durch Kunststoffplatten (3) unterteilt, die an ihren Rändern
oder Randbereichen durch Stege, Voll-oder Hohlkammerprofile, Rippen oder «ihnliche
Profile versteift sind. Durch diese Versteifungen werden die kritischen Lastwerte
der Plattenelemente erhöht. Die Profile erfflllen dabei nur eine die Platte versteifende
Funktion bzw. fungieren als Regulator des Plattenbeulverhaltens. Dadurch wird eine
bessere Kraftverteilung über die gesamte Frontstruktur erreicht. Mit dem dadurch
erreichten Übergang von Punkt- zu Linien- bzw.
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Flächenlasten können Spannungsspitzen und somit ein frühzeitiges Versagen
der Bauteile vermieden werden.
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Der Bumper ist auf dem aus einem Thermoplasten bestehenden Frontkörper
und/oder Heckkörper oder direkt auf der Blechkarosserie entlang seiner Berührungs-
bzw. Verbindungslänge gelagert bzw. verbunden.
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Nach einer bevorzugten Ausft.1hrungsform ist die Front-und/oder Heckkarosserie
mit ihrem zum Fahrgastraum weisenden Ende mit der tragenden Karosserie bzw. der
Abgrenzungswand der Fahrgastzelle linienförmig verbunden und mit ihrem dem Fahrgastraum
entgegengesetzten Enden in Kraftfahrzeuglängsrichtung beweglich auf dem Fahrgestell
gelagert.
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Die Front- und/oder lieckkarosserie ist durch ein oder mehrere translatorisch
in Kraftfahrzeuglängsrichtung bewegliche Lager (4), die zusätzlich um eine Achse
drehbar sind, an den Fahrgestellenden gelagert bzw.
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befestigt, so daß die äußeren Lager der Frontkarosserie zwei Freiheitsgrade
zulassen, einen translatorischen in KraftfahrzeuglSngsrichtung und einen rotatorischen
Freiheitsgrad um eine Achse, die quer zur Fahrtrichtung liegt.
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Ein weiteres Funktionsprinzip der Erfindung zeigt sich somit in den
Randbedingungen bzw. den Lagerungen der Frontkaros-serie. So wird das Frontlager
als Loslager (4) ausgeführt, das außerdem einen rotatorischen Freiheitsgrad besitzt.
Dadurch wird sowohl ein Schwenken der kompletten Frontkarosserie und somit der Zugang
zum motorraum, als auch ein federndes Abfangen von
größeren Kollisionsstößen
ermöglicht.
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Das primäre Konstruktionsprinzip ,, nämlich der uebergang von Punkt-
zu Linien- bzw. Flsichenlasten muß sowohl bei der Lagerung der Frontschale, Heckschale
bzw. des Bumpers (1)- auf dem Frontkörper, als auch bei der Lagerung des Frontkörpers
auf der vorderen Abgrenzungswand der Fahrgastzelle bzw. dem Fahrgestell berücksichtigt
werden. Entsprechendes gilt auch fÜr die Lagerung der Heckschale auf dem Ileckkörper
und der Lagerung des Heckkörpers auf der hinteren Abgrenzungswand der Fahrgastzelle
bzw. auf dem Fahrgestell. Die Front- bzw.
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Heckschalenlagerung soll aus diesem Grund über die gesamte BerÜhrungslänge
einer Einspannung entsprechen.
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Dadurch läßt sich eine im Vergleich zur gelenkigen Lagerung stark
erhöhte Bauteilsteifigkeit erreichen.
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Praktisch bedeutet dies, daß bei der Klebung bzw.
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Schweißung der Schalen an die angrenzenden Bereiche größere tberlappungslängen
vorgesehen werden miIssen und bei einer Verbindung mittels Schnappelernenten auf
eine große Führungslange zu achten ist.
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Unter Beachtung dieser Konstruktionsprinzipien und mit der Verwendung
von schlagzähen Thermoplasten lassen sich StoßfQngersysteme herstellen, die sich
durch eine
hohe Funktionalität bei geringen Herstellungskosten
auszeichnen. Während die Stoßstangen heutiger Konzeptionen bei jeder Hindernisberührung
plastisch deformieren und somit anschließend durch eine neue ersetzt werden müssen,
gelingt es mit diesem Konzept, große Energien bereits im elastischen Verformungsbereich
aufzunehmen, was nichts anderes bedeutet, als daß der Pkw kleinere Kollisionen (bis
etwa 8 km/h) ohne plastische Deformationen und somit unbeschädigt (z.B. im Crashversuch)
ilberstehen kann. ird die thermoplastische Frontstruktur bei einem Aufprall mit
höheren Geschwindigkeiten plastisch verformt, so läßt sie sich entweder durch eine
Wärmebehandlung wieder instandsetzen oder bei Zunahme des Beschädigungsgrades bei
einer ausgeführten Schnappverbindung mit wenigen Handgriffen durch eine neue ersetzen.
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Anwendungsgebiete der Front- bzw. Hecksehalen beschränken sich nicht
auf komplette Thermoplastkarosserien, sondern eröffnen sich auch in entsprechender
Ausfahrung bei herkömmlichen Stahllcarosserien (s. Abb. 5, 6, 7).
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Die Erfindung soll nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten
Abbildungen beschrieben werden, wobei erwQhnt werden muß, daß diese nur zur Veranschau-
lichung
dienen, die Erfindung nicht aber auf sie beschränkt bleibt. Die Skizzen stellen
eine bevorzute> nicht aber die ausschließlich praktische Ausführungsform der
Erfindung dar.
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Die Kotflügel und die Motorhaube bzw. Kofferraumhaube des Front- bzw.
Heckkörpers bestehen aus einer umgeformten Platte, die durch Kalt- und/oder Warmumformung
von Thermoplasthalbzeug hergestellt worden ist. Die Kotflügel sind nach einer bevorzugten
AusfI;lhrungsform in der Nähe oder am oberen Rand des Radausschnittes mit einem
oder mehreren Stegen Voll- oder Elohlkammerprofilen, Rippen oder ähnlichen Profilen
versteift.
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Der Front- und/oder Heckkörper besitzt an seinem über gang zur Fahrgastzelle
ein Abschluß- bzw. Anschlußprofil (5), das an der Abgrenzungswand der Fahrgastzelle
befestigt oder gelagert ist.
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Der aus Front- und/oder Heckkörper und Bumper bestehende Karosserieteil
lagert linienhaft an dem Abschluß- bzw.
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Anschlußprofil (5) und auf der vorderen Begrenzungswand der Fahrgastzelle
(6, 7).
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Nach einer Ausfilhrungsform ist der aus Thermoplasten bestehende Bumper
(1) durchsichtig oder transparent. Die
Beleuchtungselemente sind
bei dieser Ausführungsform zweckmäßig innerhalb des Bumpers angeordnet.
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Nach einer anderen Ausführungsform ist der aus Thermoplasten bestehende
Bumper opak, undurchsichtig oder lichtundurchlässig. Die Beleuchtungs- und/oder
Belilftungselemente sind dann über dem Bumper darunter oder seitlich angebracht.
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Für die Herstellung der Platten bzw. Schalen des Front- und/oder Ileckkörpers
und/oder Bumpers können die bekannten schlagzähen Thermoplaste Anwendung finden.
Bevorzugt werden solche eingesetzt, die eine hohe chlagzhigkeit und Stoßbestndigkeit
aufweisen, vorzugsweise Polycarbonate, Polycrylate, Polyolefine und deren Mischpolymerisate,
insbesondere Polypropylen und/oder Polyäthylen; Polyvinylhalogenide, insbesondere
schlagzähes PVC, Styrolacrylnitril und/oder Acrylnitril-Styrol-Acrylkautschuk.
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i)er Bumper, der sowohl mit einem Front- und/oder Heckkörper aus Kunststoff
oder Blech in Verbindung stehen kann, ist im allgemeinen höher als 15 cm, vorzugsweise
höher als 20 cm, je nach Frontabmessung bzw. Breite des Personenkraftfahrzeuges.
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Beschreibungen der Abbildungen Die nachfolgenden Abbildungen und Skizzen
stellen bevorzugte AusfÜhrungsformen der Erfindung dar. Sie sollen zur Veranschaulichung
der Erfindung, die nicht auf diese Ausführungsform beschränkt bleiben soll, dienen.
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Die Abbildung 1 zeigt ein Querschnittsbild durch Bumper (1) und Frontkarosserie
(2). Man erkennt den unversteiften Bumper, der, wie hier abgebildet, als elliptisch
- parabolische Schale ausgefÜhrt ist, wobei diese Form als mögliche, nicht aber
als die alleinig praktische Ausführungsform verstanden werden darf.
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Es sollte vorzugsweise eine Schale Verwendung finden, die keine Öffnungen
und keine Kanten aufweist, um keine einen guten Kraftfluß störende EinflÜsse zu
erhalten.
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Weiterhin zeigt die Abbildung 1 das bewegliche Frontlager (4), das
Abschluß- bzw. Anschlußprofil (5), das eine Befestigungsvorrichtung enthält, und
die linienhaften Lager (6) und (7) der Frontkarosserie auf der vorderen Begrenzungswand
der Fahrgastzelle.
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Abbildung 2 zeigt eine Ansicht von oben bzw. ein Querschnittsbild,
entstanden durch eine horizontale Schnittebene durch Bumper und Frontkarosserie.
Man erkennt die Kunst-stofRplatten bzw. Stützplatten (3), die neben
der
Funktion der Kraftübertragung bei Kollisionen eine Unterteilung in Motorraum und
Radkasten bewirken. Sie sind an ihrer Vorder- und Unterkante, ggf. auch an deren
Oberkante mit versteifenden bzw. abstützenden Profilen versehen. An der Begrenzungswand
der Fahrgastzelle liegen sie auf linienhaften Lagern (7) in Form von Profilen auf.
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Abbildung 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer von unten
betrachteten Frontkarosserie incl. Bumper.
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Abbildung 4 stellt ein Hohlkammerprofil dar, das zu Versteifungen
der Kunststoffplatte (3) dient. Bei dem ohlkammernrofil kann der Querschnitt je
nach benötigtem Tragheitsmoment variiert werden. Bei diesem Modell sind mindestens
f;inf verschiedene Modifikationen möglich. Die unterschiedlichen Querschnitte können
entweder gleich bei der Herstellung berücksic-htigt werden oder aber nachtrtiglich,
von der Modifikation 1 ausgehend, spanabhebend umgeformt werden.
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Abbildung 5 zeigt das Anwendungsbeispiel einer Frontschale aus transparenten
schlagzahen Thermoplasten (z.B. aus Polycarbonat, Polycrylat) auf übliche Blech-
karosserien.
Bei dieser Ausf:ihrungsform können alle Beleuchtungselemente, wie die unterschiedlichen
WScheinwerfer und Blinker, im Schutz der Schale angeordnet werden. Unterhalb der
Schale sind ueber die gesamte Fahrzeugbreite Lufteinlaßschlitze vorgesehen, die
für eine ausreichende Kühlluftzufuhr zum motorraum sorgen.
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Abbildung 6 zeigt ein Anwendungsbeispiel einer Frontschale (Bumner)
aus undurchsichtigen oder opaken schlagzähen Thermoplasten auf übliche Blechkarosserien,
wobei die Beleuchtungsanlage ender über oder unter der Schale vorgesehen wird.
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Abbildung 7 zeigt ein Anwendungsbeispiel einer Heckschale (Bumper)
aus undurchsichtigen oder opaken ochlagz.ihen Thermoplasten auf übliche Blechkarosserien.