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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem auf der Basis von harzimprägniertem Fasergewebe oder Fasermatten durch Pultrusion hergestellten, faserverstärkten, äußeren oder inneren Kunststoffverkleidungsteil und einem Verkleidungsträger eines Nutzfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 4 sowie von einer nach dem Verfahren hergestellten Verbindung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 5 und 6.
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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.
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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.
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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.
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Aus der
EP1 342 623 A1 ist ein Aufprallträger eines Fahrzeuges bekannt, der aus einer Polymermatrix besteht und zur Erhöhung seines Aufprallwiderstandes und seiner Energieabsorption hierin eingebettete Metallschnüre aufweist. Der Aufprallträger weist dabei im Wesentlichen ein Paar Schenkel zur Befestigung des Aufprallträgers an anderen Fahrzeugteilen und ein Hauptvolumen vergrößerter Dicke auf, welches vorrangig zur Absorption der Aufprallenergie vorgesehen ist. Infolge der Einarbeitung der Metallschnüre in das Hauptvolumen des Aufprallträgers, beispielsweise mittels eines Extrusions- oder Gießverfahrens, ist ein verbesserter Aufprallträger für Fahrzeuge darstellbar, der zusätzlich zu einem erhöhten Aufprallwiderstand und einer erhöhten Energieabsorption eine verbesserte Intaktheit des Aufprallträgers während und nach einem Aufprall sicherstellt.
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Aus der
EP 0 604 100 A1 ist ein pultrudierter Verbundwerkstoff bekannt, der aus einer Polymermarix mit hierin eingebrachten Verstärkungsfasern besteht. Dabei werden während des Produktionsvorgangs des Verbundwerkstoffs im Fließzustand des faserverstärkten Polimers sogenannte Funktionselemente eingebracht und gemeinsam durch eine Pultrusionsvorrichtung hindurchgeführt. Die hierbei gefertigten pultrudierten Verbundwerkstoffe können beispielsweise Abstandshalter oder Befestigungselemente eines Befestigungsgurtes sein.
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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 eines Nutzfahrzeugs mit einem geringeren Aufwand herstellbar ist und zugleich hohen optischen Ansprüchen genügt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Ein an sich bekanntes Pultrusionsverfahren wird gemäß der Erfindung zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Kunststoffverkleidungsteil 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.
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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.
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Besonders bevorzugt ist der Verbindungsabschnitt ein aus einem von dem Material des restlichen Kunststoffverkleidungsteils abweichenden Material bestehendes separates Teil und wird zusammen mit dem harzimprägnierten Fasergewebe oder den imprägnierten Fasermatten in ein Pultrusionswerkzeug ein- und durch dieses hindurchgeführt, 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.
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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.
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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.
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Gemäß der Erfindung werden in einer ersten Alternative 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. Dabei ist der mit dem Gewinde versehene Verbindungsabschnitt des Kunststoffverkleidungsteils gegenüber der angrenzenden Wandung in Richtung Verkleidungsteilträger derart prominent ausgebildet, dass er einen Abstandshalter zum Verkleidunsgteilträger bildet, dessen Länge je nach Erfordernis anpassbar ist.
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Gemäß der Erfindung wird in einer zweiten Alternative der Verbindungsabschnitt des Kunststoffverkleidungsteils durch die Pultrusion derart geformt, dass zwischen ihm und dem Verbindungsabschnitt des Verkleidungsträgers eine Rast-, Schnapp-, oder Clipsverbindung ausgebildet wird. Dabei werden die Verbindungsabschnitte des Verkleidungsträgers und des Kunststoffverkleidungsteils als ineinander greifende Rastzungen ausgebildet, wobei der Verbindungsabschnitt des Verkleidungsträgers wenigstens einen separaten Trägerkörper mit Rastzungen aufweist, welche mit den Rastzungen des Kunststoffverkleidungsteils verrastbar sind. Hierzu wird der Trägerkörper als ein am Verkleidungsträger gehaltenes U-Profil mit Rastzungen als Profilschenkel ausgebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Anwendung wird der Verkleidungsträger durch einen Rahmen eines Nutzfahrzeugs gebildet, wobei das Kunststoffverkleidungsteil Bestandteil einer inneren oder äußeren Verkleidung ist.
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Zeichnungen
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Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
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1 eine Querschnittsdarstellung einer Verbindung zwischen einem Kunststoffverkleidungsteil und einem Rahmen eines Nutzfahrzeugs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine Querschnittsdarstellung einer Verbindung zwischen einem Kunststoffverkleidungsteil und einem Rahmen eines Nutzfahrzeugs gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
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3 eine schematische Darstellung des Herstellverfahrens eines Kunststoffverkleidungsteils,
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4 eine Seitenansicht des Kunststoffverkleidungsteils von 3,
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5 eine Querschnittsdarstellung eines Kunststoffverkleidungsteils gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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6 einen Längsschnitt des Kunststoffverkleidungsteils von 5 entlang der Linie VI-VI,
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7 das Kunststoffverkleidungsteil von 5 in montiertem Zustand.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 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.
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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 werden dann im Zuge des Pultrusionsverfahrens in die Ausnehmung 48 einpultrudiert. Es verseht sich, dass anstatt Aluminium jedes andere Material für die Seitenwände verwendet werden kann, das sich aufgrund seiner Härte und Verschleißbeständigkeit als Schraubenaufnahme eignet.
