Faserverstärkte Kunststoffverkleidungsteile werden
beispielsweise für
den Außenbereich
wie den Innenbereich eines Kraftfahrzeugs, insbesondere bei Nutzfahrzeugen
eingesetzt. Die Anwendung solcher Kunststoffverkleidungsteile ist
jedoch nicht auf Fahrzeuge beschränkt, vielmehr können solche
auch in beliebigen anderen Anwendungen wie beispielsweise als Innen-
oder Außenkunststoffverkleidungsteile von
Aggregaten, als Möbelteile,
zur Verkleidung von Räumen
in Gebäuden
oder von Innenräumen
von Flugzeugen oder für
beliebige andere Anwendungen verwendet werden.
Im
Rahmen des Pultrusionsverfahrens werden beispielsweise Fasermatten
oder Fasergewebe, welche später
das Kunststoffverkleidungsteil bilden, durch ein Harzbad gezogen
und dadurch mit Harz, insbesondere mit einem Phenolharz getränkt. Die Fasergewebe
oder Fasermatten beinhalten bevorzugt Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern
und/oder Aramidfasern. Anschließend
werden die harzgetränkten
Fasermatten oder Fasergewebe durch ein formgebendes Pultrusionswerkzeug
geführt
und unter Einwirkung Wärme
ein gewünschtes
Profilformteil erzeugt, welches nach dem Aushärten des Harzes formstabil
bleibt und das Kunststoffverkleidungsteil bildet.
Solche
Kunststoffverkleidungsteile können beispielsweise
mit Durchgangsbohrungen versehen und an einem Rahmen eines Fahrzeugs
mittels Schrauben befestigt werden. Diese Art der Befestigung ist
jedoch umständlich
und arbeitsaufwändig. Weiterhin
sind Bohrungen im Kunststoffverkleidungsteil sichtbar und optisch
unerwünscht.
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Verbindung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu
entwickeln, dass die Verbindung zwischen dem Kunststoffverkleidungsteil
und dem Verkleidungsträger
mit einem geringeren Aufwand herstellbar ist und zugleich hohen optischen
Ansprüchen
genügt.
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die Merkmale von Anspruch 1 und Anspruch 7 gelöst.
Vorteile der
Erfindung
Ein
sich bekanntes Pultrusionsverfahren wird gemäß der Erfindung zur Herstellung
einer Verbindung zwischen einem Kunststofftverkleidungsteil und
einem Verkleidungsträger
dahingehend modifiziert, dass während
der Pultrusion des Kunststoffverkleidungsteils dieses mit wenigstens
einem mit einem zugeordneten Verbindungsabschnitt des Verkleidungsträgers formschlüssig ineinandergreifbaren Verbindungsabschnitt
versehen wird.
Dies
bringt den Vorteil mit sich, dass in einem einzigen Arbeitsgang
sowohl das Kunststoffverkleidungsteil als auch dessen Verbindungsabschnitt
hergestellt wird. Die Montage erfolgt dann lediglich dadurch, dass
die beiden Verbindungsabschnitte des Kunststoffverkleidungsteils
und des Verkleidungsträgers
in formschlüssigen
Eingriff miteinander gebracht werden. Der Verbindungsabschnitt kann
insbesondere der von außen
nicht sichtbaren Innenseite oder Innenfläche des Kunststoffverkleidungsteils
angeformt werden, so dass die Verbindung von außen unsichtbar bleibt und dadurch
eine optisch ansprechende, durch keine Bohrungen oder Vorsprünge gestörte durchgehend
glatte Außenfläche am Kunststoffverkleidungsteil
erzeugt werden kann.
Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den
Patentansprüchen
1 und 7 angegebenen Erfindung möglich.
Besonders
bevorzugt ist der Verbindungsabschnitt ein aus einem von dem Material
des restlichen Kunststoffverkleidungsteils abweichenden Material bestehendes
separates Teil und wird zusammen mit dem harzimprägniertem
Fasergewebe oder den imprägnierten
Fasermatten in ein Pultrusionswerkzeug ein- und durch dieses hindurchgeführt wird,
wobei die harzimprägnierten
Fasergewebe oder Fasermatten unter Einwirkung von Wärme zu dem Kunststoffverkleidungsteil
geformt und während
der Aushärtung mit
dem Verbindungsabschnitt formschlüssig verbunden werden. Der
Verbindungsabschnitt wird daher durch die Pultrusion zumindest teilweise
in das Kunststoffverkleidungsteil eingeformt.
Zur Übertragung
hoher Kräfte
und zur Ausbildung einer steifen Verbindung kann der Verbindungsabschnitt
des Kunststoffverkleidungsteils beispielsweise aus einem Material
höherer
Härte und/oder
höherer
Steifigkeit als der Kunststoff des restlichen Kunststoffverkleidungsteils
bestehen, insbesondere aus einem Metallwerkstoff wie Stahl oder
Aluminium.
Insbesondere
kann der Verbindungsabschnitt des Kunststoffverkleidungsteils durch
wenigstens einen Gewindekörper,
wenigstens eine Gewindeschiene oder wenigstens einen Nutenkörper aus wenigstens
einem Metallwerkstoff gebildet werden. Solcherart Verbindungsabschnitte
können
dann als Aufnahmen von Schrauben oder Schraubenköpfen dienen, die andererseits
am Verkleidungsträger
gehalten sind.
Besonders
bevorzugt werden an den Verbindungsabschnitt des Kunststoffverkleidungsteils
während
der Pultrusion zwei parallele, an einander gegenüber liegenden Flächen einer
nutartigen Ausnehmung angeordnete Flächen erzeugt, deren Oberflächen mit
einander abwechselnden Längserhebungen und
Längsrillen
derart versehen sind, dass zwischen ihnen ein Schraubgewinde einschraubbar
ist. Das Schraubgewinde ist dann insbesondere der Schraubenschaft
einer Schraube, welche andererseits am Verkleidungsträger gekontert
ist.
Alternativ
kann der Verbindungsabschnitt des Kunststoffverkleidungsteils durch
die Pultrusion derart geformt werden, dass zwischen ihm und dem Verbindungsabschnitt
des Verkleidungsträgers
eine formschlüssige
Rastverbindung herstellbar ist. Dazu können die Verbindungsabschnitte
des Verkleidungsträgers
und des Kunststoffverkleidungsteils beispielsweise als ineinander
greifende Rastzungen ausgebildet werden. Weiterhin kann der Verbindungsabschnitt
des Verkleidungsträgers
wenigstens einen separaten Trägerkörper mit
Rastzungen aufweisen, welche mit den Rastzungen des Kunststoffverkleidungsteils
verrastbar sind. Hierzu wird der Trägerkörper bevorzugt als ein am Verkleidungsträger gehaltenes
U-Profil mit Rastzungen als Profilschenkel ausgebildet.
Gemäß einer
bevorzugten Anwendung wird der Verkleidungsträger durch einen Rahmen eines Fahrzeugs
oder eines Flugzeugs gebildet, wobei das Kunststoffverkleidungsteil
Bestandteil einer inneren oder äußeren Verkleidung
ist.
Zeichnungen
Nachstehend
sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
In der Zeichnungen zeigt
1 eine Querschnittsdarstellung
einer Verbindung zwischen einem Kunststoffverkleidungsteil und einem
Rahmen eines Nutzfahrzeugs gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung,
2 eine Querschnittsdarstellung
einer Verbindung zwischen einem Kunststoffverkleidungsteil und einem
Rahmen eines Nutzfahrzeugs gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung
des Herstellverfahrens eines Kunststoffverkleidungsteils,
4 eine Seitenansicht des
Kunststoffverkleidungsteils von 3,
5 eine Querschnittsdarstellung
eines Kunststoffverkleidungsteils gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6 einen Längsschnitt
des Kunststoffverkleidungsteils von 5 entlang
der Linie VI-VI,
7 das Kunststoffverkleidungsteil
von 5 in montiertem
Zustand.
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine Verbindung 1 zwischen
einem äußeren Kunststoffverkleidungsteil 2 und
einem Rahmen 4 eines Nutzfahrzeugs, insbesondere eines Omnibusses
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Dabei kann es sich um beliebige äußere oder
innere Kunststoffverkleidungsteile handeln, wobei der Begriff Kunststoffverkleidungsteil
weit gefasst ist und jegliche Art von Kunststoffverkleidungsteil
oder Umhüllung
umfasst, beispielsweise auch ein Gehäuse eines Aggregats. Im vorliegenden
Fall wird die Erfindung anhand einer äußeren Seitenwand 2 des
Omnibusses erläutert.
Die
Seitenwand 2 besteht vorzugsweise aus einem vernetzten
Duroplasten, welcher auf der Basis eines faserverstärkten Kunststoffs
hergestellt ist. Zur Herstellung der Seitenwand 2 wird
ein Pultrusionsverfahren verwendet, bei dem zunächst Fasermatten oder Fasergewebe,
welche später
die Seitenwand 2 bilden, durch ein Harzbad gezogen und
dadurch mit Harz, insbesondere mit einem Phenolharz getränkt werden.
Die Fasermatten beinhalten bevorzugt Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern
und/oder Aramidfasern.
Die
harzimprägnierten,
aber noch formbaren Fasermatten werden dann in ein für diese
Ausführungsform
nicht gezeigtes Pultrusionswerkzeug ein- und durch dieses hindurchgeführt. Das
Pultrusionswerkzeug beinhaltet in seinem Inneren eine Negativform
für die
Seitenwand 2, welche beispielsweise eine leicht gekrümmte Form
hat. Durch Ziehen entlang dieser Negativform passen sich die noch
formbaren harzgetränkten
Fasermatten an. Das Pultrusionswerkzeug umfasst eine Heizeinrichtung,
die Wärme
auf die harzgetränkten
Fasermatten überträgt, so dass
das in den Fasermatten aufgenommene Harz aushärtet und einen Faserverbundkunststoff
mit einer phenolharzbasieren Matrix ausbildet, welche durch die
Fasern der Fasermatten bewehrt ist. Die Pultrusionstemperatur beträgt etwa
110 °C bis
130 °C.
Die Aufgaben des Matrixwerkstoffs sind die Übertragung und Verteilung der
auftretenden Kräfte,
die Fixierung der Fasern und deren Abschirmung gegen aggressive
Umgebungsmedien, was vor allem bei korrosionsempfindlichen Kohlenstofffasern
eine Rolle spielt. Nach dem Aushärten
des Harzes bilden sich aus den Fasermatten demzufolge vernetzte
Duroplaste mit hoher Steifigkeit und Festigkeit aus.
Im
Rahmen des Pultrusionsverfahrens der Seitenwand 2 wird
diese mit wenigstens einem mit einem zugeordneten Verbindungsabschnitt 6 eines beispielsweise
horizontalen Rahmenträgers 8 des Rahmens
oder Gerippes 4 des Omnibusses formschlüssig ineinandergreifbaren Verbindungsabschnitt 10 versehen.
Bevorzugt wird der Verbindungsabschnitt 10 der Seitenwand 2 durch
die Pultrusion derart geformt, dass zwischen ihr und dem Verbindungsabschnitt 6 des
Rahmenträgers 8 eine formschlüssige Rastverbindung 12,
Schnappverbindung oder Clipsverbindung herstellbar ist. Dabei weist
der Verbindungsabschnitt 10 der Seitenwand 2 nach
innen, zum Rahmen 4 hin und ist von außen, d.h. von der vom Rahmen 4 weg
weisenden Außenfläche 14 der
Seitenwand 2 her nicht sichtbar.
Dazu
können
die Verbindungsabschnitte 6, 10 des Rahmenträgers 8 und
der Seitenwand 2 beispielsweise als zueinander weisende
und ineinander greifende Rastzungen 16, 18 mit
hinterschnittenem Querschnitt ausgebildet werden. Die dem Rahmenträger 8 zugeordneten
Rastzungen 16 ragen vorzugsweise astförmig und in spitzem Winkel
von Profilschenkeln 20 eines U-Profils 22 weg,
welches den Verbindungsabschnitt 6 des Rahmenträgers 8 bildet.
Das
U-Profil 22 ist mit seiner Grundplatte 23 am Rahmenträger 8 bevorzugt
lösbar
gehalten, beispielsweise durch Schrauben oder Nieten 24.
Alternativ oder zusätzlich
kann eine Rückenfläche 26 des U-Profils 22 an
den Rahmenträger 8 angeklebt
sein.
Die
Rastzungen 16 des U-Profils 22 sind derart komplementär zu den
Rastzungen 18 der Seitenwand 2 ausgebildet, dass
sie durch einfaches Aufstecken der Seitenwand 2 in einer
durch den Pfeil 28 angedeuteten Richtung senkrecht zum
Rahmen 4 ineinander oder miteinander verrastbar sind. Da
die Rastzungen 18 der Seitenwand 2 durch das Pultrusionsverfahren
einen vernetzten Duroplasten ausbilden und trotz ihrer relativ geringen
Wandstärke
eine nur beschränkte
Elastizität
aufweisen, müssen
die Rastzungen 16 des U-Profils 22 ausreichend
elastisch ausgebildet sein, um die auf elastischer Verformung basierende
Verrastung zu ermöglichen.
Im
vorliegenden Fall werden bei einer Aufsteckbewegung der Seitenwand 2 die
Rastzungen 16 des U-Profils 22 zunächst unter
elastischer Biegeverformung nach innen gedrängt, um dann zum Eingriff in
die Rastzungen 18 der Seitenwand 2 wieder nach außen zu federn.
Dazu kann das U-Profil 22 aus einem entsprechend elastischen
Material, beispielsweise aus einem elastischen Thermoplasten bestehen
und in der Grundplatte 23 gegebenenfalls durch Metallbänder verstärkt sein.
Das
U-Profil 22 als Verbindungsabschnitt 6 des Rahmens 4 und
der Verbindungsabschnitt 10 der Seitenwand 2 erstrecken
sich vorzugsweise wenigstens entlang der gesamten Länge der
Seitenwand 2, wobei auf diese Weise mehrere Seitenwände 2 in Reihe
hintereinander an dem U-Profil 22 befestigt sein können. Denkbar
ist auch, dass parallel zu dem einen U-Profil 22 ein weiteres U-Profil
mit einem weiteren, parallelen Rahmenträger auf die beschriebene Weise
verbunden ist, um auf diesem weitere Seitenwände 2 zu verrasten
und hierdurch wenigstens einen Teil der Seitenfläche des Omnibusses zu verkleiden.
Diese Seitenwände 2 werden
dann bevorzugt ausschließlich
durch die beschriebenen formschlüssigen
Rastverbindungen 12 am Rahmen 4 gehalten. Um eine
Verschiebung der Seitenwände 2 in
Fahrzeuglängsrichtung
zu vermeiden, sind in Fahrzeuglängsrichtung
gesehen wenigstens die ersten und letzten Seitenwände 2 im
Front- bzw. Heckbereich des Omnibusses zusätzlich fixiert. Bei einer Demontage
der Seitenwände 2 brechen
die Rastverbindungen 12 bevorzugt an den dem U-Profil 22 zugeordneten
Rastzungen 16 auf, wobei bei einer erneuten Montage dann
lediglich die U-Profile 22 ausgewechselt werden müssen.
Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung nach 2 sind
die gegenüber
dem vorhergehenden Beispiel gleich bleibenden und gleich wirkenden
Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Unterschied
zu diesem haben die dem U-Profil 22 zugeordneten elastischen
Rastzungen 16 voneinander weg und nach außen weisende Rastnasen 30,
welche in Längsnuten 32 in
den senkrecht von der Seitenwand 2 weg ragenden Rastzungen 18 einrastbar
sind.
3 zeigt das Herstellverfahren
einer Seitenwand 2 im Rahmen einer Pultrusion, bei welcher der
Verbindungsabschnitt 10 ein aus einem von dem Material
der restlichen Seitenwand 2 abweichenden Material bestehendes
separates Teil darstellt. Zur Übertragung
hoher Kräfte
und zur Ausbildung einer steifen Verbindung kann der Verbindungsabschnitt 10 der
Seitenwand 2 beispielsweise aus einem Material höherer Härte und/oder
höherer
Steifigkeit als der Kunststoff der restlichen Seitenwand 2 bestehen,
insbesondere aus einem Metallwerkstoff wie Stahl oder Aluminium.
Insbesondere
kann der Verbindungsabschnitt 10 der Seitenwand 2 durch
wenigstens einen Gewindekörper,
wenigstens eine Gewindeschiene oder wenigstens einen Nutenkörper 34 aus
wenigstens einem Metallwerkstoff gebildet werden. Solcherart Verbindungsabschnitte 10 können dann
als Aufnahmen von Schrauben oder Schraubenköpfen dienen, die andererseits
am Rahmen 4 gekontert sind.
Im
vorliegenden Fall wird beispielsweise ein Nutenkörper 34 mit einer
zentralen, einen hinterschnittenen Querschnitt für Schraubenköpfe aufweisenden
Nut 36 zusammen mit in 3 durch
Pfeile veranschaulichten harzimprägnierten Fasermatten 35 in
das Pultrusionswerkzeug 38 ein- und durch dieses hindurchgeführt wird,
wobei die harzimprägnierten
Fasergewebe oder Fasermatten unter Einwirkung von Wärme zu der
Seitenwand 2 geformt und während der Aushärtung mit
dem Nutenkörper 34 formschlüssig verbunden
werden. Der Nutenkörper 34 wird
daher durch die Pultrusion zumindest teilweise in der zum Rahmen 4 weisenden
Innenfläche 40 der
Seitenwand 2 dauerhaft und fest eingeformt, wobei die Nutöffnung 36 zum
Rahmen 4 weist, wie 4 veranschaulicht.
Im fertigen Zustand verläuft der
Nutenkörper 34 vorzugsweise
entlang der gesamten Länge
der Seitenwand 2, wodurch die Befestigungsschrauben an
beliebigen Längspositionen
am Rahmen 4 festgelegt sein können.
5 und 6 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher während der
Pultrusion der Seitenwand 2 an der zum Rahmen 4 weisenden
Innenfläche 40 zwei
parallele, an einander gegenüber
liegenden Innenflächen
einer nutartigen Ausnehmung 48 angeordnete Seitenflächen 44, 46 erzeugt
werden, deren Oberflächen
mit einander abwechselnden Längserhebungen 50 und
Längsrillen 52 versehen sind.
Diese Längserhebungen 50 und
Längsrillen 52 verlaufen
parallel zueinander und zur Längsrichtung der
Seitenwand 2 und sind darüber hinaus derart ausgeführt, dass
zwischen ihnen ein Schraubgewinde einschraubbar ist. Das Schraubgewinde
ist dann insbesondere an einem Schraubenschaft 54 einer Schraube 56 ausgebildet,
welche mit ihrem Schraubenkopf 58 andererseits am Rahmen 4 gekontert
ist. Diese Situation zeigt 7.
Dabei kann der mit dem Gewinde 44, 46 versehene
Verbindungsabschnitt 10 der Seitenwand 2 gegenüber der
angrenzenden Wandung in Richtung Rahmen 4 derart prominent ausgebildet
sein, dass er einen Abstandshalter zum Rahmen 4 bildet,
dessen Länge
je nach Erfordernis anpassbar ist.
Auf
diese Weise entsteht ein in Längsrichtung
der Seitenwand 2 gesehen quasi endloses Gewindesackloch 60,
in welches bezüglich
der Längserstreckung
beliebig positionierte Schrauben 56 eingeschraubt werden
können.
Insbesondere können
die Seitenflächen 44, 46 der
nutartigen Ausnehmung 48 durch separate Bauteile gebildet
werden, beispielsweise in Form von vorgefertigten Aluminiumblechen, in
welche die Längserhebungen 50 und
Längsrillen 52 eingepresst
sind. Diese Aluminiumbleche 44, 46 werden dann
im Zuge des Pultrusionsverfahrens in die Ausnehmung 48 einpultrudiert.
Es verseht sich, dass anstatt Aluminium jedes andere Material für die Seitenwände 44, 46 verwendet
werden kann, das sich aufgrund seiner Härte und Verschleißbeständigkeit
als Schraubenaufnahme eignet.