DE102004049393A1 - Bauteil, Verwendung eines Bauteils sowie Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere eines Querträgers für ein Fahrzeug - Google Patents
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Abstract
Erfindungsgemäß ist ein Bauteil (1), insbesondere Querträger zum Anordnen zwischen A-Säulen eines Kraftfahrzeugs, mit einem im wesentlichen als Hohlprofil ausgebildeten Grundkörper (2) vorgesehen, der innen einen zumindest einen Kanal (6) bildenden Kunststoffkern (4) aufweist, wobei der Grundkörper (2) zumindest teilweise perforiert ausgebildet ist.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauteil, insbesondere auf einen Querträger zum Anordnen zwischen A-Säulen eines Kraftfahrzeuges sowie auf die Verwendung eines derartigen Bauteils. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils.
- Aus dem Kraftfahrzeugbau sind aus Rohren bestehende Querträger bekannt, die aus Metall bestehen und entsprechend große Wandstärken aufweisen. Die Wandstärken sind dabei für eine ausreichende Form-, Biege-, Knick- und Torsionssteifigkeit und somit für eine ausreichende Druckbelastbarkeit entsprechend dick ausgeführt. Der als Rohr oder Hohlprofil ausgebildete Querträger eignet sich prinzipiell zur Luftführung beispielsweise von einer mittig im Frontbereich des Fahrzeugs angeordneten Klimaanlage zu seitlichen Ausströmern hin.
- Ein derartiger Querträger ist beispielsweise aus der
DE 100 64 522 A1 bekannt. Dabei ist der Querträger zur Gewichtsreduzierung aus einem Leichtbauwerkstoff, insbesondere aus einem Leichtmetall in Art eines Schalenbauteils oder Grundkörpers gebildet, in welchen für eine hinreichende Steifigkeit und Druckbelastbarkeit des Querträgers ein zumindest einen Kanal bildender Kunststoffkern angeordnet ist. Zum Austritt des Luftstroms ist der Kanal mit Öffnungen versehen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den aus dem Stand der Technik bekannten Querträger zu verbessern, insbesondere hinsichtlich einer weiteren Gewichtsreduzierung zu verbessern.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und Verwendungen eines Bauteils mit den Merkmalen der Ansprüche 15 und 16 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 17.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Für eine möglichst große Gewichtseinsparung im Fahrzeugbau ist ein Bauteil, insbesondere ein Querträger zum Anordnen zwischen A-Säulen eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen, der einen im wesentlichen als Hohlprofil ausgebildeten Grundkörper aufweist, der innen mit einem zumindest einen Kanal bildenden Kunststoffkern versehen ist, wobei der Grundkörper zumindest teilweise perforiert ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise ist der Grundkörper zumindest in einem Öffnungsbereich, insbesondere im Bereich eines Strömungsaustritts perforiert ausgebildet. Ein derartiger mit einem perforiert ausgebildeten Öffnungsbereich versehener Grundkörper weist zusätzlich neben der Gewichtseinsparung eine gute Verstärkungsfunktion der Struktur des Bauteils auf.
- Vorzugsweise ist der Grundkörper aus Blech, insbesondere aus einem Leichtmetall- oder Stahl-Blech, z.B. Aluminiumblech oder Stahlfeinblech, gebildet. Die Perforierung des Grundkörpers kann beispielsweise aus einem Lochblech und/oder einem Drahtgewebe und/oder einem Streckmetall gebil det sein. In einer besonders einfachen Ausführungsform ist der Grundkörper aus einem Lochblech gebildet. Dabei ist die Wandstärke des metallischen Grundkörpers möglichst dünn, so dass Gewicht eingespart werden kann. Für eine hohe Verformungsenergieaufnahme und hohe Form-, Biege- und Torsionssteifigkeit bei gleichzeitig besonders leichtem Aufbau des Bauteils ist der Grundkörper mit dem Kunststoffkern versehen, wobei die Festigkeit durch den Verbund aus Grundkörper und Kunststoffkern erreicht wird. Darüber hinaus bewirkt der Kunststoffkern eine hinreichend gute Isolierung, insbesondere Schallisolierung und thermische Isolierung z.B. bei Verwendung des Bauteils als Luftführungskanal. Bevorzugt ist der Kunststoffkern aus einem Schaummaterial, beispielsweise aus einem aufgeschäumten Thermoplast, Polyurethanschaum oder einem Partikelschaum. Für einen eine höhere Festigkeit aufweisenden Kunststoffkern ist dieser bevorzugt aus über ein Bindemittel miteinander verbundenen Schaumpartikeln gebildet.
- Für eine möglichst einfache Herstellung des als ein Hybridbauteil ausgebildeten Bauteils ist der Grundkörper vorzugsweise aus zwei Halbkörpern, insbesondere aus zwei Halbschalen gebildet. Zweckmäßigerweise ist der Grundkörper, insbesondere dessen zwei Halbkörper über den Kunststoffkern zusammengehalten. Zusätzlich können die beiden Halbkörper zusätzlich mechanisch verbunden sein.
- Je nach Art und Funktion sowie Anordnung des Bauteils weist der Grundkörper vorzugsweise je Halbkörper mindestens einen perforierten Öffnungsbereich auf. Alternativ oder zusätzlich ist der Grundkörper in einem beide Halbkörper übergreifenden Öffnungsbereich perforiert. Mit anderen Worten: Ein aus zwei Halbschalen gebildeter Grundkörper weist einen schalenübergreifenden Öffnungsbereich, d.h. einen die Ober- und die Unterschale überdeckenden Bereich, auf. Je nach Funktion kann der perforierte Öffnungsbereich den Grundkörper vollständig umlaufen. Vorzugsweise ist bei einer die Halbkörper übergreifenden Perforierung im Öffnungsbereich dieser mit ei nem Verstärkungselement, beispielsweise aus Kunststoff oder Metall, versehen. Zweckmäßigerweise ist das Verstärkungselement parallel zur Trennebene der Halbkörper angeordnet.
- Für eine Gestaltungsfreiheit hinsichtlich der Funktion des Bauteils kann der Grundkörper vorzugsweise mit mehreren in Längsrichtung gesehen in Abstand zueinander angeordneten Öffnungsbereichen versehen sein. Dabei kann der Kanal vorteilhafterweise als Mehrkammerkanal ausgebildet sein. Insbesondere durch ein nachträgliches Einbringen des Kunststoffkerns oder der Kunststoffstruktur ist eine fertigungstechnische und gestalterische Freiheit gegeben, die ein Bauteil mit vielfältigen Funktionen ermöglichen. Durch einen Mehrkammerkanal ist beispielsweise ein Luftführungskanal zum Führen von Frischluft, Heißluft oder Kaltluft in separaten Kanälen des Mehrkammerkanals möglich. Alternativ oder zusätzlich kann einer der Kammern als Kanal zum Führen von Leitungen oder Kabeln verwendet werden.
- Zusätzlich zur Integration von einem oder mehreren Kanälen in das Bauteil sind vorzugsweise an den aneinander liegenden Rändern der Halbkörper und/oder an dem Grundkörper Halterungen, Anbindungspunkte oder Gehäuseteile einer Heizungs- und/oder Klimaanlage angeformt. Bevorzugt wird ein derartig ausgebildetes Bauteil als Instrumententafelträger in einem Kraftfahrzeug verwendet, wobei der Kanal ein Luftführungskanal und/oder ein Kabelkanal ist. Alternativ kann ein derart ausgebildetes Bauteil als unter einer Windschutzscheibe angeordneter Querträger in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, wobei der Kanal ein Luftführungskanal zur Führung eines der Windschutzscheibe und/oder den Seitenscheiben zu zuführenden Luftstroms und/oder zur Beheizung einer Wischblattablage. Auch könnte das Bauteil als ein so genanntes Rear-End oder Heckabschlussmodul verwendet werden.
- Bei dem bevorzugten Verfüahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils wird der Grundkörper zumindest teilweise perforiert und in eine Grundform umgeformt sowie in ein Werkzeug eingelegt, in welchem der Kunststoffkern in einem einzigen Verfahrensschritt an den Grundkörper angeformt, z.B. angespritzt wird. Mit anderen Worten: Der Kunststoffkern wird nachträglich mit dem metallischen Grundkörper verbunden oder in den metallischen Grundkörper gefügt, eingespritzt, geschäumt oder eingebracht. Dabei wird ein Kunststoff, insbesondere ein thermisch aktivierbarer Schaum, wie Polyurethanschaum, in den Grundkörper eingespritzt, wo der Schaum aufquillt und an dem Grundkörper haftet. Je nach Vorgabe kann der Kunststoffkern unterschiedliche Schaumdicken aufweisen, so dass der Strömungsverlauf des Mediums in dem durch den Kunststoffkern gebildeten Kanal von der Statikstruktur des Bauteils unabhängig ist. D.h. die Statik- oder Versteifungsstruktur des Kunststoffkerns wird in Abhängigkeit von der mechanischen Beanspruchung des Bauteils durch eine entsprechende Schaumdicke eingestellt, so dass ein bereichsweise belastungsvariables Bauteil ermöglicht ist.
- Die mit der Erfindung erzielten Vorteil bestehen insbesondere darin, dass ein Bauteil, welches als Querträger, Frontend-Bauteil oder Strukturbauteil verwendet werden kann, besonders leicht bei gleichzeitig möglichst guter Form-, Biege-, Knick-, Beul- und Torsionssteifigkeit ausgebildet ist. Der einen Kanal bildenden Kunststoffkern dient insbesondere je nach Aufbau der Integration von einem oder mehreren medienführenden Kanälen oder eines Kabelkanals. Der Kunststoffkern oder die Kunststoffstruktur kann nachträglich in den Grundkörper eingebracht werden. Durch den Kunststoffkern und dessen fügende Verbindung mit dem metallischen Grundkörper kann eine zusätzliche Verbindung entfallen.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Bauteils, insbesondere eines Querträgers, mit einem zumindest teilweise perforierten Grundkörper, -
2 schematisch eine perspektivische Ansicht eines alternativen Bauteils, -
3 schematisch eine perspektivische Ansicht eines alternativen Bauteils mit einem im Öffnungsbereich des Grundkörpers angeordneten Verstärkungselement, -
4A bis4C schematisch eine perspektivische Ansicht eines aus Halbkörpern gebildeten Bauteils, -
5 schematisch einen Querschnitt eines Bauteils, -
6 schematisch einen Querschnitt eines Bauteils im Bereich einer Perforierung, -
7 schematisch einen Querschnitt eines Bauteils gemäß6 mit einer im Bereich der Perforierung angeordneten Halterung, und -
8 bis9 sowie10A bis10C schematisch verschiedene Ausführungsformen für eine Perforierung. - Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein Bauteil1 , z.B. einen Querträger zum Anordnen zwischen nicht näher dargestellten A-Säulen eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs. Das Bauteil1 dient beispielsweise als Instrumententafelträger für ei ne Klima- und/oder Heizungsanlage. Alternativ kann das Bauteil1 als ein unter einer Windschutzscheibe angeordneter Querträger in einem Fahrzeug dienen, welcher als Luftführungskanal zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums und zur Enteisung der Windschutz- oder Frontscheibe vorgesehen ist. - Das Bauteil
1 weist hierzu einen Grundkörper2 auf, der bevorzugt aus Blech, insbesondere aus einem Leichtmetall-Blech, z.B. aus Aluminium-Blech oder Feinstahl-Blech gebildet ist. Der Grundkörper2 ist im Ausführungsbeispiel als Hohlprofil, insbesondere rohrartig ausgeführt. Alternativ kann der Grundkörper2 auch als ein Hohlprofil mit einem vieleckigen Querschnitt ausgeführt sein (nicht näher dargestellt). Des Weiteren ist der Grundkörper2 aus zwei Halbkörpern2a und2b , z.B. zwei Halbschalen, gebildet – einer Unterschale und einer Oberschale. - Der Grundkörper
2 ist innenseitig mit einem Kunststoffkern4 versehen, der einen Kanal6 bildet. Über den Kunststoffkern4 ist der Grundkörper2 , insbesondere dessen zwei Halbkörper2a und2b zusammengehalten, insbesondere wird der Kunststoffkern4 an den Grundkörper2 gefügt. Hierzu wird der Kunststoff in den Grundkörper2 beispielsweise in einem Spritzgussverfahren eingebracht. Alternativ und abhängig von der Art des Kunststoffs kann dieser auch eingeschäumt, eingegossen oder in ähnlicher Weise eingebracht sein. - Zusätzlich kann der Grundkörper
2 mechanisch verbunden sein. Beispielsweise kann der Grundkörper2 an den aneinander liegenden Rändern R der Halbkörper2a ,2b genietet, geschraubt oder in ähnlicher Weise verbunden sein. - Der mittels des Kunststoffkern
4 gebildete Kanal6 dient beispielsweise der Führung eines Mediums, insbesondere Luft zur Klimatisierung des Fahrzeu ginnenraums. Alternativ kann der Kanal6 auch der Führung von Leitungen oder Kabeln dienen. Der Grundkörper2 ist mit mehreren in Längsrichtung gesehen in Abstand zueinander angeordneten Öffnungsbereichen8a bis8c zum Ein- und/oder Austritt eines im Kanal6 geführten Mediums, z.B. Luft, versehen. - Der Kunststoffkern
4 dient unter anderem der Steifigkeit des Grundkörpers2 . Der besonders dünnwandig ausgebildete Grundkörper2 führt bei Durchströmen mit Luft zu einer Geräuschentwicklung, welche besonders vorteilhaft durch Auskleidung des Grundkörpers2 mit dem Kunststoffkern4 gedämpft wird. D.h. der Kunststoffkern4 übernimmt u.a. eine Schallisolierung und ggf. auch eine thermische Isolierung. - Für eine besonders leichte Ausführung des Bauteils
1 ist dessen Grundkörper2 zumindest teilweise perforiert ausgebildet. Bevorzugt ist der Grundkörper2 in einem der Öffnungsbereiche8a perforiert ausgebildet. Alternativ kann der Grundkörper2 in mehreren oder allen Öffnungsbereichen8a bis8c perforiert ausgebildet sein. Unter Perforierung wird hierbei eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Löchern, welche in Reihen und/oder Spalten mit einem Lochmuster angeordnet sind, verstanden. Der Grundkörper2 ist in der einfachsten Ausführungsform aus einem Lochblech gebildet. Der perforierte Öffnungsbereich8a kann bei einem als Luftführung dienenden Kanal6 ein Strömungsaustritt für die in den Fahrzeuginnenraum zu führende Luft sein. - Wie in der
1 dargestellt, ist der Grundkörper2 im Öffnungsbereich8a des oberen Halbkörpers2a perforiert ausgebildet. Je nach Art und Ausbildung des Grundkörpers2 kann dieser je Halbkörper2a ,2b einen perforierten Öffnungsbereich8a aufweisen. - In
2 ist eine alternative Ausführungsform für ein Bauteil1 dargestellt. Anstelle eines runde Löcher aufweisenden Lochmusters im perforierten Öffnungsbereich8a weist dieser ein Vielecke aufweisendes Lochmuster (= hexagonales Lochmuster) auf. Das hexagonale Lochmuster führt gegenüber dem Lochmuster im Öffnungsbereich8a nach1 zu einer geringeren Materialanhäufung zwischen den Löchern und somit zu einer weiteren Gewichtsreduzierung. -
3 zeigt eine alternative Ausführungsform für das Bauteil1 , wobei die Öffnungsbereiche8a bis8d die Halbkörper2a ,2b übergreifend angeordnet sind. Je nach Art und Ausführung können auch die beide Halbkörper2a ,2b überdeckenden Öffnungsbereiche8a bis8d perforiert ausgebildet sein (nicht näher dargestellt). Für eine hinreichend gute Steifigkeit auch dieser Öffnungsbereiche8a bis8d sind diese mit einem Verstärkungselement10 versehen. Das Verstärkungselement10 ist vorzugsweise parallel zur Trennebene der Halbkörper2a ,2b angeordnet und aus Kunststoff gebildet. Das Verstärkungselement10 wird im Fügeverfahren des Grundkörpers2 mit dem Kunststoffkern4 in einem Fertigungsschritt wie oben beschrieben z.B. durch Ausspritzen eingefügt. - Die
4A bis4E zeigen in perspektivischer Darstellung die einzelnen Elemente des Bauteils1 . In4A ist ein Teil einer metallischen Oberschale – ein Teil eines Halbkörpers2a des Grundkörpers2 – dargestellt.4B zeigt die Innenauskleidung des oberen Halbkörpers2a mit einem Kunststoffkern4 .4C zeigt die Innenauskleidung des unteren Halbkörpers2b mit dem Kunststoffkern4 .4D zeigt einen Teil des unteren Halbkörpers2b . In4E sind alle Elemente des Bauteils1 zusammengefügt dargestellt und bilden beispielsweise einen Querträger mit mehreren Öffnungsbereichen8a bis8f . - Die
5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein Bauteil1 mit einem Grundkörper2 aus einem oberen und unteren Halbkörper2a ,2b , die innen mit einem Kunststoffkern4 ausgekleidet sind. Im zusammengefügten Zustand des Bauteils1 ist ein Kanal6 im Innenraum des Kunststoffkerns4 gebildet. Der Kanal6 kann dabei in nicht näher dargestellter Art und Weise als ein Mehrkammerkanal ausgebildet sein. Dazu ist der Kanal6 durch Wände in mehrere Kammern unterteilt, wobei z.B. der eine zum Führen von Frischluft, ein anderer Kammerkanal zum Führen von Warmluft dient.6 zeigt schematisch einen Querschnitt das Bauteil1 im Bereich eines perforierten Öffnungsbereiches8a . -
7 zeigt ebenfalls das Bauteil1 im Bereich des perforierten Öffnungsbereiches8a im Querschnitt. Dabei ist am Grundkörper2 im Öffnungsbereich8a ein Gehäuseteil12 , welcher beispielsweise als Strömungsaustritt dient und mit entsprechenden Austrittsöffnungen14 und/oder Umlenkmittel16 versehen ist, angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können an den Grundkörper2 in nicht näher dargestellter Art und Weise weitere Halterungen, Anbindungspunkte oder Gehäuseteile12 einer Heizungs- und/oder Klimaanlage angeformt sein. - Die
8 und9 sowie10A bis10C zeigen verschiedene Ausführungsformen für das Lochmuster eines perforierten Öffnungsbereiches8a bis8f . In8 ist beispielsweise ein Lochmuster mit parallel zueinander angeordneten und eine quadratische Lochanordnung bildenden Löchern und in9 ein Lochmuster mit zueinander versetzt angeordneten und eine versetzte Lochanordnung bildenden Löchern dargestellt. Die10A bis10C zeigen verschiedene Lochmuster für hexagonale Löcher in unterschiedlicher Anordnung. Der Vielfalt des Lochmuster und der Anordnung sowie der Form der Löcher sind keine Grenzen gesetzt. Die Art, Anordnung und die Form richten sich nach der Funktion des zugehörigen Öffnungsbereiches8a bis8f . -
- 1
- Bauteil
- 2
- Grundkörper
- 2a, 2b
- Halbkörper
- 4
- Kunststoffkern
- 6
- Kanal
- 8a bis 8f
- Öffnungsbereiche
- 10
- Verstärkungselement
- 12
- Gehäuseteil
- R
- Rand
Claims (17)
- Bauteil (
1 ), insbesondere Querträger zum Anordnen zwischen A-Säulen eines Kraftfahrzeugs, mit einem im wesentlichen als Hohlprofil ausgebildeten Grundkörper (2 ), der inen mit einem zumindest einen Kanal (6 ) bildenden Kunststoffkern (4 ) versehen ist, wobei der Grundkörper (2 ) zumindest teilweise perforiert ausgebildet ist. - Bauteil nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper (
2 ) zumindest in einem Öffnungsbereich (8a ), insbesondere im Bereich eines Strömungsaustritts perforiert ausgebildet ist. - Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Grundkörper (
2 ) aus Blech, insbesondere aus einem Stahl- oder Leichtmetall-Blech gebildet ist. - Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Perforierung des Grundkörpers (
2 ) aus einem Lochblech und/oder einem Drahtgewebe und/oder einem Streckmetall gebildet ist. - Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Grundkörper (
2 ) aus zwei Halbkörpern (2a ,2b ), insbesondere aus zwei Halbschalen gebildet ist. - Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Grundkörper (
2 ), insbesondere dessen zwei Halbkörper (2a ,2b ) über den Kunststoffkern (4 ) zusammengehalten ist. - Bauteil nach Anspruch 5 oder 6, wobei die beiden Halbkörper (
2a ,2b ) zusätzlich mechanisch verbunden sind. - Bauteil nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Grundkörper (
2 ) je Halbkörper (2a ,2b ) in einem Öffnungsbereich (8a ) perforiert ist. - Bauteil nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Grundkörper (
2 ) in einem beide Halbkörper (2a ,2b ) übergreifenden Öffnungsbereich (8a ) perforiert ist. - Bauteil nach Anspruch 9, wobei bei einer die Halbkörper (
2a ,2b ) übergreifenden Perforierung im Öffnungsbereich (8a ) dieser mit einem Verstärkungselement (10 ) versehen ist. - Bauteil nach Anspruch 10, wobei das Verstärkungselement (
10 ) parallel zur Trennebene der Halbkörper (2a ,2b ) angeordnet ist. - Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Grundkörper (
2 ) mit mehreren in Längsrichtung gesehen in Abstand zueinander angeordneten Öffnungsbereichen (8a bis8f ) versehen ist. - Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Kanal (
6 ) als Mehrkammerkanal ausgebildet ist. - Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei an den aneinander liegenden Rändern (R) der Halbkörper (
2a ,2b ) und/oder an dem Grund körper (2 ) Halterungen, Anbindungspunkte oder Gehäuseteile (12 ) einer Heizungs- und/oder Klimaanlage angeformt sind. - Verwendung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Instrumententafelträger in einem Kraftfahrzeug, wobei der Kanal (
6 ) ein Luftführungskanal und/oder ein Kabelkanal ist. - Verwendung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als unter einer Windschutzscheibe angeordneter Querträger in einem Kraftfahrzeug, wobei der Kanal (
6 ) ein Luftführungskanal zur Führung eines der Windschutzscheibe und/oder den Seitenscheiben zu zuführenden Luftstroms und/oder zur Beheizung einer Wischblattablage. - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Grundkörper (
2 ) zumindest teilweise perforiert und in eine Grundform umgeformt wird und in ein Werkzeug eingelegt wird, in welchem der Kunststoffkern (4 ) in einem einzigen Verfahrensschritt an den Grundkörper (2 ) angeformt, z.B. angespritzt wird.
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