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Die
Erfindung betrifft eine Tragwanne für einen Kraftwagen, insbesondere
einen Lastkraftwagen zur Aufnahme einer Fahrzeugbatterie der im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Zur
Aufnahme beispielsweise einer Fahrzeugbatterie werden im Kraftwagenbau
unterschiedlichste Tragwannen eingesetzt. Insbesondere Tragwannen
für Lastkraftwagen
unterliegen dabei einer besonderen Beanspruchung, da sie üblicherweise ungeschützt am Tragrahmen
und nahe von Fahrzeugrädern
des Kraftwagens angeordnet sind. So sind derartige Tragwannen zumeist
einerseits Spritzwasser, Schmutz sowie Steinschlag und andererseits mechanischen
Belastungen beispielsweise durch Schwingungen oder Verwindungen
des Tragrahmens ausgesetzt. Zudem ist zu berücksichtigen, dass derartige
Tragwannen eine gewisse Schutzfunktion beispielsweise für die Fahrzeugbatterien
im Falle eines Unfalls bzw. einer unfallbedingten Krafteinwirkung aufweisen
müssen.
Aus diesem Grund sind bisherige Tragwannen zumeist als Stahlblechkonstruktionen ausgeführt, welche
durch entsprechendes Biegen und Falten sowie Zusammenfügen der
Blechteile hergestellt werden. Als nachteilig bei derartigen Tragwannen
ist daher der Umstand anzusehen, dass diese relativ aufwendig zu
fertigen sind und außerdem ein
sehr hohes Eigengewicht aufweisen.
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Aus
diesem Grund sind bereits Tragwannen entwickelt worden, welche aus
Kunststoff in einem relativ einfachen Fertigungsverfahren hergestellt sind.
Eine derartige Tragwanne ist beispielsweise aus der
DE 199 61 853 C1 als bekannt
zu entnehmen, bei der innerhalb einer Tragwanne ein Raum zur Aufnahme
einer Fahrzeugbatterie mittels einer Zwischenwand abgetrennt ist.
Die gesamte Wanne ist dabei aus einem Thermoplast in einem Stück gepresst,
wobei das Thermoplast-Material mit Glasfasern versetzt ist, um die
mechanischen Eigenschaften der Wanne zu verbessern. Eine derartige
Beimischung von Glasfasern zu dem Kunststoff ermöglicht jedoch nur eine Verstärkung bzw.
Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Tragwanne in begrenztem
Umfang.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Tragwanne der eingangs
genannten Art zu schaffen, welche verbesserte mechanische Eigenschaften
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Tragwanne mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und
nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Tragwanne
umfasst ein vorgefertigtes Fasergerüst, welches mit dem Kunststoff
zu einem Hybrid-Bauteil
verbunden ist. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß ein Fasergerüst vorgesehen,
welches aus den Faserprofilen zusammengesetzt und anschließend mit
dem Kunststoff verbunden wird. Die Faserprofile weisen beispielsweise
einen rechteckförmigen
Querschnitt auf und sind – entsprechend
den geforderten mechanischen Eigenschaften – entsprechend zueinander angeordnet
bzw. miteinander verbunden. Durch die Orientierung bzw. geeignete
Dimensionierung des Faserprofils kann dabei auf einfache Weise die
Festigkeit der Tragwanne bestimmt werden. Der Kunststoff zum Verbinden
der zu dem skelettartigen Fasergerüst zusammengesetzten Faserprofile
dient dabei einerseits zum Ausfüllen
der fachwerkartigen Zwischenräume
zwischen den einzelnen Faserprofilen und andererseits zum Schutz
der Faserprofile selbst gegen äußere Einflüsse. Mit
anderen Worten sind die Faserprofile vorzugsweise vollständig von
dem Kunststoff umgeben.
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Als
weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, die Faserprofile zu einem
korbartigen Fasergerüst
zu verbinden. Je nach Abstand der Faserprofile zueinander lassen
sich somit auf einfache Weise die gewünschten mechanischen Eigenschaften
in Breiten- und Längsrichtung
der Tragwanne erreichen.
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Eine
besonders stabile Tragwanne mit hoher Festigkeit kann erreicht werden,
wenn die Faserprofile des Fasergerüsts als Pultrusionsprofile
gestaltet sind. Derartige Pultrusionsprofile sind vorzugsweise aus
mehreren Lagen von Fasern, Geweben oder Matten gebildet, welche
miteinander beispielsweise durch ein Harz oder einen anderen Kunststoff
verbunden sind. Durch die geeignete Wahl der einzelnen Lagen kann
somit auf einfache Weise die gewünschte
Materialeigenschaft des entsprechenden Pultrusionsprofils erreicht
werden.
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Die
Faserprofile sind bevorzugt aus Langfasern und insbesondere aus
Langglasfasern hergestellt, welche vorzugsweise in Erstreckungsrichtung der
Faserprofile ausgerichtet sind. Die Langfasern können somit auf einfache Weise
in ihrer Kraftrichtung ausgerichtet werden, um eine ausreichende Festigkeit
der Tragwanne zu erreichen.
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Eine
besonders stabile Tragwanne kann darüber hinaus erreicht werden,
wenn die Faserprofile des vorgefertigten Fasergerüsts über Fügverbindungen
oder über
Schweißverbindungen
miteinander verbunden sind.
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Um
das vorgefertigte Fasergerüst
vor äußeren Einflüssen zu
schützen,
ist dieses vorzugsweise vollständig
innerhalb des Kunststoffs eingebettet bzw. von diesem umgeben. Dies
bietet zudem den Vorteil, dass die Tragwanne in einer einheitlichen Farbe
gestaltet werden kann und somit nicht mehr nachträglich lackiert
zu werden braucht.
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Eine
besonders stabile Tragwanne mit äußerst steifen
Seitenwänden
kann zudem erreicht werden, wenn das Fasergerüst einen umlaufenden Rand aus
Faserprofilen umfasst, welcher nahe eines Öffnungsrandes der Tragwanne
verläuft.
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Als
Kunststoff zum Verbinden bzw. zum Umspritzen des Fasergerüstes hat
sich insbesondere ein Thermoplast als vorteilhaft gezeigt, da dieser
besonders gute Fließeigenschaften
aufweist und demgemäß relativ
einfach zu verarbeiten ist.
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Schließlich hat
sich eine Tragwanne als vorteilhaft gezeigt, welche gegen Spritzwasser
dicht ausgebildet ist. Mit einer geeignet gestalteten Abdeckung
kann somit auf einfache Weise ein geschlossener Raum gestaltet werden,
der beispielsweise für die
Fahrzeugbatterie einen idealen Schutz gegen Verschmutzung und Nässe bietet.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
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1 eine
schematische Perspektivansicht auf die faserverstärkte Tragwanne
von schräg
unten;
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2 eine
schematische Perspektivansicht von schräg oben auf das aus einer Mehrzahl
von miteinander verbundenen Faserprofilen gestaltete korbartige
bzw. skelettartige Fasergerüst;
und in
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3 eine
schematische Perspektivansicht von schräg oben auf die Tragwanne, bei
der das Fasergerüst
gemäß 2 in
einem Spritzgießverfahren mit
einem Kunststoff umspritzt worden ist.
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In 1 ist
in schematischer Perspektivansicht von schräg unten eine Tragwanne für eine nicht erkennbare
Fahrzeugbatterie dargestellt, welche im vorliegenden Ausführungsbeispiel
auf im Weiteren noch näher
beschriebene Weise am Tragrahmen eines Lastkraftwagens angeordnet
werden kann. Anstelle zur Aufnahme einer Fahrzeugbatterie ist die Tragwanne
selbstverständlich
auch zur Halterung und Aufnahme anderer Gegenstände wie beispielsweise Druckluftspeichern,
elektronischen Bauteilen, oder als Aufnahmeraum für Transportgüter geeignet. Die
Tragwanne umfasst ein in 2 in schematischer Perspektivansicht
von schräg
oben dargestelltes Fasergerüst 10,
welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als korbartiges Skelett aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen
Faserprofilen 12 gestaltet ist. Die Faserprofile 12 sind
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
als im Querschnitt etwa rechteckförmige Streifen gestaltet, welche
in Längs-
und Querrichtung des Fasergerüsts 10 bzw.
der Tragwanne verlaufen. Natürlich
wäre es
auch denkbar, dass die Faserprofile 12 schräg zueinander
angeordnet sind. Gleichfalls wäre
es auch denkbar, dass die Faserprofile 12 andere Querschnitte
umfassen.
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In
der hier gezeigten Ausführungsform
sind die Faserprofile 12 als sogenannte Pultrusionsprofile gestaltet,
welche eine Mehrzahl von Lagen aus Fasern, Geweben oder Matten aus
Fasern umfassen. Diese einzelnen Lagen sind dabei vorzugsweise durch
ein geeignetes Verbindungsmittel wie beispielsweise ein Harz oder
dergleichen Kunststoff miteinander verbunden, welcher nach dem Zusammenfügen der
einzelnen Lagen ausgehärtet
wird. Die zugeschnittenen Faserprofile 12 werden dann in
einem entsprechenden Umformverfahren abgekantet, um die korbartige
Struktur des Fasergerüsts 10 bilden
zu können.
An den Knotenpunkten 14 sind die Faserprofile 12 beispielsweise
durch eine Füg-
oder Schweißverbindung
miteinander verbunden, so dass im Wesentlichen ein einstückiges Fasergerüst 10 geschaffen
ist. Gleichfalls wäre
es natürlich
auch denkbar, die Faserprofile 12 gar nicht oder nur an
einzelnen Knotenpunkten 14 miteinander zu verbinden.
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Die
Faserprofile 12 bestehen im vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus Langfasern und insbesondere aus Langglasfasern, welche in Erstreckungsrichtung
der Faserprofile 12 ausgerichtet sind. Mit anderen Worten
weisen die Langfasern insbesondere in Erstreckungsrichtung der Faserprofile 12 besonders
gute Festigkeitseigenschaften bzw. mechanische Eigenschaften auf.
Wird demgemäß das jeweilige
Faserprofil 12 in einer Orientierung angeordnet, in welcher
hauptsächlich
Kräfte
auf die Tragwanne einwirken, so kann eine optimale Festigkeit der Tragwanne
erreicht werden. Mit anderen Worten sind die Langfasern in Kraftrichtung
der hauptsächlichen Kraftpfade
innerhalb der Tragwanne angeordnet. Es ist ersichtlich, dass durch
eine geeignete Dimensionierung, Beabstandung und Orientierung der
Faserprofile 12 die Steifigkeit des Fasergerüsts 10 bzw.
der Tragwanne in erheblichem Maß beeinflusst
werden kann. Dasselbe gilt für
die Materialwahl der Fasern der Faserprofile 12. Als Fasern
sind dabei grundsätzlich
alle gängigen
Fasern wie beispielsweise Glasfasern, Kohlefasern oder dergleichen
denkbar. Innerhalb der einzelnen Faserprofile 12 können dabei auch
Fasern aus unterschiedlichen Werkstoffen verwendet werden. Gleichfalls
ist es denkbar, das Fasergerüst 10 aus
Faserprofilen 12 unterschiedlicher Materialien herzustellen.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht von schräg oben in die Tragwanne hinein,
welche dadurch gebildet worden ist, dass das Fasergerüst 10 gemäß 2 durch
einen Kunststoff in einem Spritzgießverfahren umspritzt worden
ist. Als Kunststoff wird dabei vorzugsweise ein Thermoplast, insbesondere
Polypropylen verwendet. Der Kunststoff dient dabei einerseits dazu,
die Zwischenbereiche zwischen den einzelnen Faserprofilen 12 auszufüllen bzw.
durch Zwischenwände 18 miteinander
zu verbinden. Die Zwischenwände 18 bilden
dabei in ihrer Gesamtheit den Boden 20 bzw. die von diesem
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
etwa senkrecht abstehenden Außenwände 22, 24 der
Tragwanne. Die Zwischenwände 18 der
Außenwände 22, 24 bzw. des
Bodens 20 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch gitterartige
Verrippungen 26 verstärkt. Natürlich sind
hier auch anders gestaltete Verstärkungen denkbar. Die Faserprofile 12 sind
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
vollständig
von dem Kunststoff umgeben bzw. umspritzt, so dass die Fasern der
Faserprofile 12 in der endgültigen Form der Tragwanne nicht
mehr erkennbar sind. Hierdurch wird zudem erreicht, dass die Tragwanne
eine einheitliche Farb- bzw. Oberflächengestaltung aufweist. Hingegen
zeichnet sich in der endgültigen
Gestaltung der Tragwanne die Kontur des Fasergerüsts 10 ab. Zudem ist
das Fasergerüst 10 in
der vorliegenden Ausführung
so von dem Kunststoff umspritzt, dass die Tragwanne gegen Spritzwasser
dicht ausgebildet ist. Mit anderen Worten kann innerhalb der Tragwanne – unter
Zuhilfenahme einer geeigneten Abdeckung – ein Aufnahmeraum geschaffen
werden, innerhalb welchem die Fahrzeugbatterie gegen Verschmutzung
und Nässe
geschützt
ist. Am oberen Ende umfasst das Fasergerüst 10 ein umlaufendes Profil 16 aus
Faserprofilen 12, welches nahe des Öffnungsrandes der Tragwanne
verläuft.
Ebenfalls nahe des Öffnungsrandes
der Tragwanne sind eine Mehrzahl von Befestigungslaschen 30 aus
Kunststoff angespritzt, über
welche beispielsweise die nicht dargestellte Abdeckung an der Tragwanne
befestigt werden kann. Sowohl innerhalb des Fasergerüsts 10 wie auch
innerhalb der Tragwanne sind Befestigungsöffnungen 28 erkennbar, über welche
die Tragwanne an Befestigungsstellen des Tragrahmens des Lastkraftwagens
festlegbar ist. Dadurch, dass die Befestigungsöffnungen 28 auch innerhalb
von Faserprofilen 12 des Fasergerüsts 10 eingebracht
sind, wird eine besonders stabile Festlegung der Tragwanne an dem Tragrahmen
des Lastkraftwagens erreicht. An der Unterseite der Tragwanne können beispielsweise nicht
dargestellte Luftbehälter
eines Luftspeichers befestigt sein.