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Die Erfindung betrifft Verstärkungsrippen für Träger, nämlich für Frontendmontageträger von Kraftfahrzeugen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen, sowie ein Spritzgießwerkzeug zur Herstellung der Verstärkungsrippen.
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Es ist allgemein bekannt, dass bei Kraftfahrzeugen unter anderem Querträger zur Anwendung kommen, die aus einem Hohlprofil bestehen und dabei aus Metall hergestellt sind. Um eine ausreichende Biege-, Knick- und Torsionssteifigkeit und somit auch eine den Erfordernissen entsprechende Druckbelastbarkeit zu gewährleisten, besitzen diese Querträger eine relativ große Wandstärke. Daraus resultiert jedoch ein hohes Materialeinsatzgewicht, was der Forderung nach Reduzierung des Materialeinsatzgewichtes bei Kraftfahrzeugen, um beispielsweise den Kraftstoffverbrauch zu verringern, entgegensteht.
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Um zu einem geringen Materialeinsatzgewicht zu kommen, ist aus
DE 38 39 855 C2 bekannt, Komponenten aus einem Grundkörper mit im Innenraum angespritzten Verstärkungsrippen auszubilden. Hier werden bei einem aus Metall bestehenden Grundkörper nach dessen Einlegen in ein Spritzgießwerkzeug aus Kunststoff bestehende Verstärkungsrippen an den Grundkörper angespritzt. Dabei wird davon ausgegangen, dass es auch bereits bekannt ist, sowohl den Grundkörper als auch die Verstärkungsrippen aus Kunststoff durch Spritzgießen in einem Stück herzustellen.
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Dieser Ausbildung entspricht auch im Wesentlichen der Grundträger für eine Fahrzeugstruktur nach der
DE 102 51 762 A1 , wobei es sich um einen Grundträger zwischen zwei Randbereichen einer Fahrzeugstruktur handelt, so im Bereich zwischen den beiden vorderen A-Säulen quer zur Fahrzeuglängsachse. Dabei besteht der Grundträger aus einem Tragprofil, insbesondere einem Hohlprofil, das ebenfalls in Hybridbauweise hergestellt ist. Bei dieser Bauweise wird eine längliche Metallschale, die in U- oder Q-Form ausgeprägt ist, von der offenen Seite mit einer Verstärkung, so mit einer inneren Verrippung eines anderen Materials, so aus Kunststoff, ausgebildet. Die innere Verrippung wird dabei durch ein Spritzguss- oder Schaumgussverfahren gefügt.
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Andererseits ist es bei Kraftfahrzeugen aber auch bereits bekannt, beispielsweise bei Frontendmontageträgern, unabhängig davon, ob diese aus einem U-Profil oder aus einem anderen Hohlprofil bestehen, ausgehend davon, dass sowohl das U-Profil, also der Grundkörper, als auch die Verstärkungsrippen aus Kunststoff bestehen, die Herstellung des Hohlprofils und somit auch des U-Profils überwiegend getrennt von der Herstellung der Verstärkungsrippen vorzunehmen. Daraus resultiert, dass nach der Herstellung des U-Profils und der Verstärkungsrippen ein Fügen der Verstärkungsrippen mit dem U-Profil erfolgt.
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Wie aus der
DE 38 32 422 C2 hervorgeht, werden Kunststoffteile, so aus thermo- oder duroplastischem Material, mit einem Spritzgießwerkzeug hergestellt, indem dieses Material als Granulat oder als Pulver in die Spritzgießmaschine eingegeben wird. Nach diesem Eingeben wird das Material in einen verspritzbaren Zustand gebracht und es schließt sich ein Einspritzen in eine Hohlform zwecks Formgebung an.
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Während bei der Herstellung des Hohlprofils, so auch des U-Profils, sich keine Probleme ergeben, entstehen diese jedoch bei der Herstellung der Verstärkungsrippen. Dabei ist davon auszugehen, dass die Herstellung der Verstärkungsrippen durch Rippenvertiefungen in einer Spritzgießwerkzeughälfte eines Spritzgießwerkzeuges erfolgt. Daraus aber resultiert, dass beim Einspritzen des Kunststoffes in das Spritzgießwerkzeug ein so genannter Dieseleffekt entsteht, bei dem der eingespritzte Kunststoff das im Werkzeug befindliche Gas in den Rippenfuß drückt, wo es nicht mehr entweichen kann und so lange komprimiert wird, bis es sich selbst entzündet und explosionsartig verbrennt, wodurch es im Kunststoff-Bauteil zu örtlichen Verbrennungen kommt. Das aber bedeutet, dass das Spritzgießwerkzeug durch das explosionsartige Verbrennen des komprimierten heißen Gases Schaden nimmt, wodurch die Standzeiten des Spritzgießwerkzeuges reduziert werden, und dass vor allen Dingen die in den Rippenvertiefungen der Spritzgießwerkzeughälften hergestellten Verstärkungsrippen Schaden nehmen können, so dass eine relativ hohe Ausschussquote nicht zu vermeiden ist und somit hohe Herstellungskosten entstehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verstärkungsrippen für Träger, nämlich für Frontendmontageträger von Kraftfahrzeugen, entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 zu schaffen, die ausgehend von einer geringen Ausschussquote eine hohe Qualität besitzen, wobei gleichzeitig durch das durch die Erfindung bereitzustellende Spritzgießwerkzeug bei der Herstellung der Verstärkungsrippen der Dieseleffekt zu vermeiden ist, so dass nicht nur die Ausschussquote der Verstärkungsrippen und damit der Frontendmontageträger verringert wird und somit auch eine Einsparung von Produktionskosten erfolgt, sondern auch ein geringerer Verschleiß am Spritzgießwerkzeug und damit durch Reduzierung der Wartung und Reparatur am Spritzgießwerkzeug eine Einsparung von Wartungs- und Reparaturkosten erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verstärkungsrippen mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass die Verstärkungsrippen durch Anordnung eines der geforderten Rippenstruktur angepassten Spaltes zwischen verschachtelt sich gegenüberstehenden Blöcken beim Spritzgießen des Kunststoffes gebildet sind, wobei in die Verstärkungsrippen auf ihrer nach oben oder unten zugerichteten Seite jeweils eine die Schenkel der Verstärkungsrippen verbindende Wand integriert ist, wird erreicht, dass Verstärkungsrippen für Träger, nämlich für Frontendmontageträger von Kraftfahrzeugen, bereitgestellt werden, die ausgehend von einer geringen Ausschussquote der Verstärkungsrippen und damit der Frontendmontageträger eine hohe Qualität besitzen, so dass gleichzeitig eine Einsparung von Produktionskosten erfolgt. Dabei sind die in die Verstärkungsrippen integrierten, die Schenkel der Verstärkungsrippen verbindenden Wände abwechselnd oben und unten angeordnet.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Eintreten der durch die Erfindung beabsichtigten Wirkungen selbstverständlich an die die Schenkel der Verstärkungsrippen verbindenden Wände nicht gebunden. Daraus resultiert, dass die die Schenkel der Verstärkungsrippen verbindenden Wände auch nur ausgewählten Verstärkungsrippen zugeordnet werden können, so dass durch das Weglassen oder aber durch ein zumindest teilweise vorzunehmendes Weglassen von wiederum ausgewählten Wänden und durch die dadurch entstehenden Öffnungen ein Luftdurchsatz für einen hinter dem Frontendmontageträger angeordneten Kühler besteht. Ein zumindest teilweise vorzunehmendes Weglassen von ausgewählten Wänden kann auch zwecks Reduzierung des Materialeinsatzgewichtes des Frontendmontageträgers erfolgen, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, dass die den Erfordernissen entsprechende mechanische Belastbarkeit (Zug- und/oder Druckbelastbarkeit) nicht reduziert wird.
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Die Verstärkungsrippen können in Abhängigkeit von der Form der verschachtelt sich gegenüberstehenden Blöcke die unterschiedlichste Form besitzen. Vorteilhaft ist dabei eine Form der Verstärkungsrippen, die dreieckförmig ist. Das schließt jedoch nicht aus, dass die Verstärkungsrippen auch rechteckförmig oder trapezförmig ausgebildet sein können.
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Zwecks Erhöhung der Biege- und Knicksteifigkeit der Verstärkungsrippen und damit ihrer Druckbelastbarkeit können die Verstärkungsrippen aber auch verborgene Kanten besitzen.
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Zweckmäßigerweise bestehen sowohl die aus Kunststoff bestehenden Verstärkungsrippen als auch das auf einer Seite offene Profil, nämlich das U-Profil des Frontendmontageträgers, aus Polypropylen, das durch Langfasern verstärkt ist. Dabei sind die Verstärkungsrippen und das U-Profil des Frontendmontageträgers während des Spritzgießprozesses vorteilhaft in einem Spritzvorgang herstellbar. Das schließt jedoch nicht aus, dass die im Spritzgießverfahren hergestellten Verstärkungsrippen mit dem U-Profil des Frontendmontageträgers bei getrennter Herstellung auch an ausgewählten Verbindungsstellen miteinander verbunden werden können. Zur Verbindung der Verstärkungsrippen mit dem U-Profil sind sowohl Klebeverbindungen als auch Schweißverbindungen geeignet.
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Die Anwendung der Erfindung ist selbstverständlich auf Frontendmontageträger von Kraftfahrzeugen nicht beschränkt. Vielmehr werden die durch die Erfindung beabsichtigten Wirkungen auch dann erreicht, wenn die erfindungsgemäßen Verstärkungsrippen beispielsweise bei Schwellern, Holmen oder Säulen von Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommen. Auch außerhalb des Fahrzeugbaus bei den unterschiedlichsten Konstruktionselementen der verschiedensten technischen Gebiete bringt die Anwendung der erfindungsgemäßen Verstärkungsrippen die beabsichtigten Wirkungen.
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Damit bei der Herstellung der Verstärkungsrippen der Dieseleffekt, bei dem der eingespritzte Kunststoff von dem erhitzten und vor dem Kunststoff zurückweichenden und nicht aus dem Spritzgießwerkzeug entweichenden Gas verbrannt wird, vermieden wird, so dass nicht nur die Ausschussquote der Verstärkungsrippen und damit der Frontendmontageträger verringert wird und somit auch eine Einsparung von Produktionskosten erfolgt, sondern auch ein geringerer Verschleiß am Spritzgießwerkzeug und damit durch Reduzierung der Wartung und Reparatur am Spritzgießwerkzeug eine Einsparung von Wartungs- und Reparaturkosten erreicht wird, sieht die Erfindung weiterhin ein Spritzgießwerkzeug zur Herstellung der Verstärkungsrippen vor, das aus zwei Spritzgießwerkzeughälften besteht, in die der Form der Verstärkungsrippen entsprechende Blöcke derart integriert sind, dass nach dem Zusammenschluss der beiden Spritzgießwerkzeughälften während des Spritzgießprozesses die jeweils geforderte Rippenstruktur herstellbar ist. Dabei sind die in die beiden Spritzgießwerkzeughälften integrierten Blöcke versetzt zueinander und in jeder dieser Spritzgießwerkzeughälften derart angeordnet, dass zwischen jeweils zwei benachbarten Blöcken ein Freiraum verbleibt, so dass die versetzt zueinander angeordneten Blöcke nach dem Zusammenschluss beider Spritzgießwerkzeughälften verschachtelt ineinander greifen.
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Bei dieser Ausbildung des Spritzgießwerkzeuges greifen die Blöcke beider Spritzgießwerkzeughälften derart ineinander, dass zwischen benachbarten Blöcken ein der jeweils geforderten Rippenstruktur der Verstärkungsrippen entsprechender Spalt gebildet wird.
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Beim Zusammenschluss beider Spritzgießwerkzeughälften und damit beim Ineinandergreifen der Blöcke beider Spritzgießwerkzeughälften ist aber auch zwischen jeder Stirnseite der Blöcke und der jeweiligen Spritzgießwerkzeughälfte, in die der jeweilige Block nicht integriert ist, ebenfalls ein Spalt gebildet, der der Wand entspricht, durch die die Schenkel der Verstärkungsrippen miteinander verbunden sind. Sollen diese die Schenkel der Verstärkungsrippen verbindenden Wände nur ausgewählten Verstärkungsrippen zugeordnet werden, so entfallen wiederum ausgewählte Wände, so dass dadurch Öffnungen gebildet werden, die einen Luftdurchsatz für einen hinter dem Frontendmontageträger angeordneten Kühler ermöglichen oder die aber dazu führen, dass das Materialeinsatzgewicht des Frontendmontageträgers reduziert wird. Dazu ist es erforderlich, dass der jeweilige, in eine Spritzgießwerkzeughälfte integrierte Block, durch den bei der Herstellung der Verstärkungsrippen dazu beigetragen wird, dass ausgewählte Wände in Fortfall kommen, nunmehr bis an die Spritzgießwerkzeughälfte heranreicht, in die dieser Block nicht integriert ist, so dass beim Zusammenschluss beider Spritzgießwerkzeughälften dieser Block im Wesentlichen bündig an der Spritzgießwerkzeughälfte anliegt, in die dieser nicht integriert ist, und hier somit auch keine Wand gebildet wird. Dieses kann auch teilweise erfolgen, um die Verstärkungsrippen an ihren Wandenden zu verstärken, ohne dabei geschlossene Wände zu benötigen.
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Unabhängig hiervon können die in die Spritzgießwerkzeughälften integrierten Blöcke in Abhängigkeit von der geforderten Rippenstruktur der Verstärkungsrippen jede beliebige Form besitzen. So können sie dreieckförmig, aber auch rechteckförmig oder trapezförmig ausgebildet sein.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf die Struktur eines Frontendmontageträgers anhand eines Modells mit integrierten Verstärkungsrippen;
- 2 die Draufsicht auf die Struktur des Modells nach 1 in Verbindung mit den beiden Spritzgießwerkzeughälften eines Spritzgießwerkzeuges und
- 3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Struktur eines Frontendmontageträgers anhand eines Modells mit integrierten Verstärkungsrippen einer gegenüber den 1 und 2 veränderten Form.
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Das in 1 dargestellte Modell 1, das im Wesentlichen der Struktur eines Frontendmontageträgers entspricht, sieht ein U-Profil 2 vor, in das Verstärkungsrippen 3 integriert sind, die dreieckförmig ausgebildet sind. Dabei bestehen sowohl die Verstärkungsrippen 3 als auch das U-Profil aus Kunststoff, wobei Polypropylen zur Anwendung kommt, das durch Langfasern verstärkt ist. Ausgehend hiervon sind die mit dem U-Profil 2 in Verbindung stehenden Verstärkungsrippen 3 während des Spritzgießprozesses in einem Spritzvorgang hergestellt.
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Um bei dieser Ausbildung der Verstärkungsrippen 3 ihre mechanische Belastbarkeit (Zug- und/oder Druckbelastbarkeit) und damit die des Frontendmontageträgers 1 noch zu erhöhen, können abwechselnd oben und unten in die Verstärkungsrippen 3 Wände 4, 5 integriert werden - zwecks eindeutiger Darstellung sind jeweils nur zwei dieser Wände 4, 5 gekennzeichnet -, die die Schenkel 6, 7 der Verstärkungsrippen 3 miteinander verbinden. Ist es erforderlich, über den Frontendmontageträger 1 gleichzeitig auch einen Luftdurchsatz für einen hinter dem Frontendmontageträger 1 angeordneten, nicht weiter dargestellten Kühler zu gewährleisten, so wird dieser durch das Weglassen ausgewählter Wände 4, 5 ermöglicht, wobei durch das Weglassen dieser ausgewählten Wände 4, 5 Öffnungen 8 für den Luftdurchsatz gebildet werden.
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Die 2 verdeutlicht die Herstellung der dreieckförmig ausgebildeten Verstärkungsrippen 3, die in das U-Profil 2 des Frontendmontageträger 1 nach 1 integriert sind. Dabei wird davon ausgegangen, dass zur Herstellung der Verstärkungsrippen 3 ein Spritzgießwerkzeug zur Anwendung kommt, das aus zwei Spritzgießwerkzeughälften besteht. In jede dieser Spritzgießwerkzeughälften sind der Form der Verstärkungsrippen 3 entsprechende Blöcke 9, 10 integriert, die versetzt zueinander angeordnet sind. Das bedeutet, dass zwischen jeweils zwei benachbarten Blöcken 9, 10 einer jeden Spritzgießwerkzeughälfte ein in dieser Figur nur angedeuteter Freiraum 11 verbleibt, so dass die versetzt zueinander angeordneten Blöcke 9, 10 nach dem Zusammenschluss beider Spritzgießwerkzeughälften verschachtelt ineinander greifen können. Um nach dem Zusammenschluss beider Spritzgießwerkzeughälften während des sich anschließenden Spritzgießprozesses die dreieckförmig ausgebildeten Verstärkungsrippen 3 herzustellen, ist es erforderlich, dass beim verschachtelt erfolgten Ineinandergreifen der Blöcke 9, 10 beider Spritzgießwerkzeughälften zwischen den Blöcken 9, 10 ein Spalt 12 verbleibt, der der Form der dreieckförmig ausgebildeten Verstärkungsrippen 3 entspricht. Aus dieser Figur geht aber auch hervor, dass die dreieckförmig ausgebildeten Verstärkungsrippen 3 zusätzlich verborgene Kanten 13 besitzen können, um dadurch ebenfalls die Druckbelastbarkeit nicht nur der Verstärkungsrippen 3, sondern auch die des Frontendmontageträgers 1 zu erhöhen.
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Damit nach dem Zusammenschluss beider Spritzgießwerkzeughälften, bei dem die diesen zugeordneten Blöcke 9, 10 verschachtelt ineinander greifen, die Wände 4, 5 gemäß 1 gebildet werden können, durch die die Schenkel 6, 7 der Verstärkungsrippen 3 abwechselnd oben und unten miteinander verbunden sind, ist zwischen jeder Stirnseite der Blöcke 9, 10 und der jeweiligen Spritzgießwerkzeughälfte, in die der jeweilige Block 9, 10 nicht integriert ist, ein in der 2 nur angedeuteter Spalt 14 geschaffen, der beim Spritzgießen des Kunststoffes die Herstellung der die Schenkel 6, 7 der Verstärkungsrippen 3 verbindenden Wände 4, 5 (1) ermöglicht. Sollen ausgewählte Wände 4, 5 weggelassen werden, so liegen nach dem verschachtelt erfolgten Ineinandergreifen der den beiden Spritzgießwerkzeughälften zugeordneten Blöcke 9, 10 die an sich für die Bildung der Wände 4, 5 verantwortlichen Blöcke 9, 10 im Wesentlichen bündig an der Spritzgießwerkzeughälfte an, in die diese Blöcke 9, 10 nicht integriert sind. Damit entsteht hier auch kein Spalt 14, so dass ausgewählte Verstärkungsrippen 3 beim Spritzgießen an ihren Stirnseiten auch keine die Schenkel 6, 7 verbindenden Wände 4, 5 besitzen. Das setzt voraus, dass die bündig anliegenden Blöcke 9, 10 eine größere Länge besitzen müssen als die Blöcke 9, 10, die für die Bildung der Wände 4, 5 verantwortlich sind.
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Wie das ebenfalls im Wesentlichen der Struktur eines Frontendmontageträgers entsprechende Modell 1 nach 3 zeigt, können die Verstärkungsrippen 3 auch trapezförmig ausgebildet sein. Unabhängig von der jeweiligen Ausbildung der Verstärkungsrippen 3 kommt jedoch bei ihrer Herstellung stets ein Spritzgießwerkzeug zur Anwendung, das aus zwei Spritzgießwerkzeughälften besteht, in die Blöcke 9, 10 integriert sind, die unter Bildung eines der geforderten Rippenstruktur der Verstärkungsrippen 3 entsprechenden Spaltes 12 verschachtelt ineinander greifen, so dass beim Spritzgießen des Kunststoffes der so genannte Dieseleffekt vermieden wird, bei dem der eingespritzte Kunststoff von dem erhitzten und vor dem Kunststoff zurückweichenden und nicht aus dem Spritzgießwerkzeug entweichenden Gas verbrannt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Modell, das im Wesentlichen der Struktur eines Frontendmontageträgers entspricht
- 2
- U-Profil
- 3
- Verstärkungsrippen
- 4
- Wände
- 5
- Wände
- 6
- Schenkel
- 7
- Schenkel
- 8
- Öffnungen
- 9
- Blöcke
- 10
- Blöcke
- 11
- Freiraum
- 12
- Spalt
- 13
- verborgene Kanten
- 14
- Spalt
