DE102006021457B4

DE102006021457B4 - Metallverstärkter Kunststoffträger für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102006021457B4
Application number: DE102006021457.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ehleben Max; Thomas Mertens
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2019-03-07
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: DE102006021457A1

Abstract

Metallverstärkter Kunststoffträger für ein Fahrzeug, mit einem Verstärkungsblechteil, das mit mechanischen Verbindungsmitteln mit dem Kunststoffträger formschlüssig und fest verbunden ist, wobei die Verbindungsmittel Klipselemente (4, 12, 13) sind, die ein einfaches Einklipsen des Verstärkungsblechteils (2) am Kunststoffträger (1) ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Klipselemente am Verstärkungsblechteil (2) angeformt und Kragenansätze (4) sind, die durch eine Umformung von kreisrunden, Öffnungen umgebenden Randbereichen erzeugt sind und die jeweils in eine am Kunststoffträger ausgebildete Öffnung (5) mit Vorspannung eingreifen.

Description

Die Erfindung betrifft einen metallverstärkten Kunststoffträger für ein Fahrzeug, insbesondere ein aus einem Kunststoff-Montageträger und einem fest mit diesem verbundenen Verstärkungsblechteil gebildetes Frontendmodul zur Erhöhung der Biege- und Torsionssteifigkeit desselben, aber auch zur Verbesserung des Crashverhaltens des Fahrzeugs.
Ein in einen Kunststoffträger eingelegtes und mit diesem fest verbundenes Verstärkungsblechteil übernimmt im Wesentlichen die sichere Verbindung des auf diese Weise verstärkten Kunststoffträgers mit Strukturelementen eines Fahrzeugs. Die Verbindung des Verstärkungsblechteils mit dem Kunststoffträger erfolgt üblicherweise über an letzterem angeformte Kunststoffnietdome, die durch Löcher in dem Verstärkungsblechteil ragen und durch eine Wärmebehandlung oder durch Ultraschallschweißen deformiert werden und dadurch eine form- und kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Komponenten herstellen, und über Gewindeelemente, wie Blindnietmuttern, Plusmuttern oder Hülsen. Diese werden nach dem Einlegen des Verstärkungsblechteils montiert und dienen der Befestigung des metallverstärkten Kunststoffträgers an Strukturelementen des Fahrzeugs, wie Längsträger, Kotflügel oder der Karosserie und der Befestigung von Bauteilen am verstärkten Kunststoffträger. Nachteilig ist der technologische Aufwand zur Herstellung des metallverstärkten Kunststoffträgers.
Ein Frontendmodul, das aus einem Kunststoff-Montageträger und einem Verstärkungselement mit einem horizontal angeordneten oberen Profilelement und zwei dazu vertikal abgestellten Profilelementen, die miteinander verklebt sind, gebildet und bei dem die beiden Komponenten durch Verschweißen von Kunststoffnietdomen miteinander verbunden sind, ist in der DE 102 60 518 A1 beschrieben. Auch bei dem in der DE 198 13 162 A1 offenbarten und aus einem Kunststoff-Montageträger und einem horizontal angeordneten lang gestreckten Verstärkungselement gebildeten Frontendmodul wird diese Verbindungstechnik angewendet.
Des Weiteren ist aus der DE 699 10 537 T2 ( EP 1 032 525 B1 ) ein Frontendmodul bekannt. Dieses ist zur Erfüllung von Sicherheitsanforderungen ebenfalls mit einem Metallprofil verstärkt, das sich über die ganze Breite der Vorderseite des Kunststoff-Montageträgers erstreckt und mit Mitteln zur Befestigung an oben genannten Strukturelementen des Fahrzeugs versehen ist. Dabei ist das Metallprofil als oberes Profil an einem Querträger des Kunststoff-Montageträgers angefügt und über Mittel zum wechselseitigen Ineinanderpassen unter Kraft eingepasst. Beide miteinander zu verbindende Komponenten sind zusätzlich mit Befestigungsmitteln, insbesondere für eine Klemmverbindung zwischen diesen, versehen, beispielsweise auch mit Schraubmitteln. Für das Ineinanderpassen ist eine am Metallprofil ausgebildete Randleiste erforderlich, die eine Nase im Querträger hintergreift. Die Randleiste muss in einer zusätzlichen Umformstufe ausgebildet werden, was mit einem erhöhten technologischen Aufwand verbunden ist. Aus der DE 199 16 619 A1 ist ein aus zwei flächig gestalteten Einzelteilen zusammengesetztes Bauteil bekannt. Das erste Einzelteil zeigt eine Durchbrechung, in die eine am zweiten Einzelteil angebrachte dornartige Führung eingeschoben wird, um die beiden Einzelteile gegeneinander zu fixieren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen metallverstärkten Kunststoffträger für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass dieser aufwandsreduziert hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Kunststoffträger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung besteht darin, dass die Verbindung eines Verstärkungsblechteils mit einem Kunststoffträger zu einem metallverstärkten Kunststoffträger ausschließlich mit Klipselementen hergestellt ist. Diese ermöglichen ein einfaches Einklipsen des Verstärkungsblechteils und zugleich die Herstellung einer formschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Komponenten. Durch diese Verbindungsgestaltung entfallen nachfolgende Verfahrensschritte, insbesondere ein Ultraschallschweißen oder ein äquivalentes Verfahren zur Umformung von Kunststoffnietdomen oder auch eine zusätzliche Umformstufe am Verstärkungsblechteil. Das wiederum führt zur Einsparung von technologischen Ausrüstungen und von Fertigungszeit.
Die zur Anordnung von Bauteilen am metallverstärkten Kunststoffträger und auch zur Verbindung desselben mit Strukturelementen des Fahrzeugs erforderlichen Gewinde- und Hülsenelemente sind vorteilhaft am Verstärkungsblech ausgebildet oder fest an diesem angeordnet und korrespondieren jeweils mit einer im Kunststoffträger eingeformten Öffnung. Damit entfällt die Anordnung von Gewinde- und Hülsenelementen nach dem Verbinden der beiden Komponenten, wodurch Logistik- und Lagerhaltungskosten reduziert werden.
Die Klipselemente sind Kragenansätze, die am Verstärkungsblechteil angeformt und die jeweils in eine mit diesen korrespondierende und am Kunststoffträger ausgebildete Öffnung mit Vorspannung eingreifen. Die Montage erfolgt durch ein Eindrücken der Kragenansätze in die Öffnungen, wodurch das Verstärkungsblechteil über dessen gesamte Anlagefläche zur Anlage am Kunststoffträger und formschlüssigen Verbindung mit diesem gelangt und zugleich auch metallverstärkte Befestigungslöcher geschaffen werden. Der auf diese Weise metallverstärkte Kunststoffträger wird an vorbestimmten derartigen Verklipsungen an Strukturelementen des Fahrzeugs, beispielsweise an den Längsträgern, festgelegt und kann an weiteren vorbestimmten derartigen Verklipsungen der Festlegung von Bauteilen dienen. Dadurch erfolgt eine weitere Konsolidierung des metallverstärkten Kunststoffträgers. Die beschriebene Klipsverbindung kann auch zur Verbindung einzelner Teile eines aus mehreren Teilen bestehenden Verstärkungsblechteiles angewendet werden.
Zur Befestigung von Bauteilen am metallverstärkten Kunststoffträger können vorteilhaft auch am Verstärkungsblechteil vor dessen Verbindung mit dem Kunststoffträger Gewindehülsen oder Muttern angeformt bzw. angeordnet werden, die jeweils in Verbindung mit einer im Kunststoffträger angeordneten Öffnung die Befestigung eines Bauteils ermöglichen. Die Anordnung des Bauteils vermittels einer Schraubverbindung führt zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit der Verbindung der beiden Komponenten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

1: einen Frontendmontageträger aus Kunststoff mit einem zugeordneten Verstärkungsblechteil
2: eine Klipsverbindung zwischen dem Verstärkungsblechteil und dem Frontendmontageträger mit einer Rastnase im Schnitt,
3: eine Anbindungstelle am Frontendmodul für ein Bauteil,
4: eine Klipsverbindung mit einem Blechkragen,
5: diese Klipsverbindung im Schnitt, perspektivisch, und
6: ein weiteres Rastelement für eine Klipsverbindung in perspektivischer Ansicht.

1 zeigt einen Frontendmontageträger 1 - einem Spritzgussteil aus glasfaserverstärktem Kunststoff - mit einem Verstärkungsblechteil 2 aus einem verzinkten Stahlblech der Dicke 0, 8 mm, das mit mechanischen Verbindungsmitteln mit ersterem formschlüssig fest verbindbar ist und das nach der Verbindung ein metallverstärktes Frontendmodul ergibt. Der Frontendmontageträger 1 hat die Form eines geschlossenen Rahmens, der seinerseits im Querschnitt überwiegend schalenförmig ausgebildet ist. Das Verstärkungsblechteil 2 ist aus einem horizontal angeordnetem Profilelement 2.1 und zwei dazu vertikal abgestellten und mit diesem (2.1) fest verbundenen Profilelementen 2.2 gebildet, wobei die Profilelemente 2.1 und 2.2 als offenen Hohlprofile ausgebildet sind.
Das Profilelement 2.1 erstreckt sich am montierten Frontendmodul quer zur Fahrzeuglängsrichtung von einem ersten oberen zu einem zweiten oberen Längsträger (nicht dargestellt) und ist mit diesen an den Befestigungsstellen 3 fest verbindbar, wobei diese Befestigungsstellen am Frontendmodul durch eine Verklipsung des Verstärkungsblechteils 2 mit dem Frontendmontageträger 1 gegeben sind. Die Verklipsung ist jeweils aus einem am Profilelement 2.1 an einer kreisrunden Öffnung angeformten Blechkragen 4 und dessen Eingriff mit Vorspannung an einer entsprechenden Öffnung 5 im Kunststoff-Frontendmontageträger gebildet, wie in den 4 und 5 dargestellt ist. Die jeweils gebildete blechkragenverstärkte Öffnung (4/ 5) dient zugleich der Aufnahme einer Befestigungsschraube oder eines -bolzens. Dabei wird gewährleistet, dass die Vorspannkraft der Verschraubung durch einen metallischen Flansch aufgenommen wird.
Die beiden Profilelemente 2.2 stützen sich ungefähr mittig ihrer Längserstreckung jeweils an einem unteren Längsträger ab (nicht dargestellt) bzw. sind mit diesem an den Befestigungstellen 6 fest verschraubt. Diese Befestigungsstellen 6 werden jeweils durch eine am Profilelement 2.2 angeformte Hülse 7, in die ein Innengewinde 8 eingebracht ist, und eine dieser zugeordneten Öffnung 9 im Frontendmontageträger 1 gebildet, wobei die Hülse 7 auf der diesem (1) abgewandten Seite des Profilelementes 2.2 ausgebildet ist. Diese Befestigungsstellen 6 können zugleich der Befestigung von Bauteilen am Frontendmodul dienen und sichern zugleich die zuverlässige Festlegung des Verstärkungsblechteiles 2 am Frontendmontageträger 1 zusätzlich zur Festlegung desselben durch die Blechkragen-Verklipsungen an den Befestigungsstellen 3 und weiteren, diesen entsprechenden Blechkragen-Verklipsungen 10 sowie Verklipsungen 11. Alternativ können die Befestigungsstellen 6 jedoch auch mit einem angeformten Blechkragen 4 gebildet sein.
Die Verklipsungen 11, dargestellt in den 2 und 6, sind aus fest am Frontendmontageträger 1 angeformten elastisch biegbaren Rastnasen 12 (2) bzw. 13 (6), die in am Verstärkungsblechteil 2 ausgebildete Öffnungen 14 eingreifen und den jeweiligen Öffnungsrand hintergreifen, gebildet. 6 zeigt mit der Doppelrastnase 13 eine andere Ausführungsform eines Rastnasenelementes.
Zur Herstellung des Frontendmoduls wird das Verstärkungsblechteil 2 in den Frontendmontageträger 1 eingelegt und eingedrückt, bis die Verklipsungen 3, 10 und 11 hergestellt sind. Anschließend werden die Verschraubungen 3 und 6 durchgeführt. Damit ist auf technologisch einfache Weise ein stahlblechverstärktes Frontendmodul geschaffen, das in bekannter Weise mit den Fahrzeuglängsträgern verschraubbar ist.
Bezugszeichenliste

1: Frontendmontageträger
2: Verstärkungsblechteil
2.1: Profilelement
2.2: Profilelement
3: Befestigungsstelle
4: Blechkragen
5: Öffnung
6: Befestigungsstelle
7: Hülse
8: Innengewinde
9: Öffnung
10: Blechkragen-Verklipsung
11: Verklipsung
12: Rastnase
13: Doppelrastnase
14: Öffnung

Claims

Metallverstärkter Kunststoffträger für ein Fahrzeug, mit einem Verstärkungsblechteil, das mit mechanischen Verbindungsmitteln mit dem Kunststoffträger formschlüssig und fest verbunden ist, wobei die Verbindungsmittel Klipselemente (4, 12, 13) sind, die ein einfaches Einklipsen des Verstärkungsblechteils (2) am Kunststoffträger (1) ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass die Klipselemente am Verstärkungsblechteil (2) angeformt und Kragenansätze (4) sind, die durch eine Umformung von kreisrunden, Öffnungen umgebenden Randbereichen erzeugt sind und die jeweils in eine am Kunststoffträger ausgebildete Öffnung (5) mit Vorspannung eingreifen.
Kunststoffträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Verstärkungsblechteil (2) mit einem Gewinde (8) versehene Hülsen (7) angeformt oder Muttern fest angeordnet sind, die jeweils mit einer im Kunststoffträger (1) eingeformten Öffnung (9) zur Befestigung eines Bauteils korrespondieren.
Kunststoffträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsblechteil (1) aus mehreren Blechprofilteilen (2.1, 2.2) gebildet ist, die fest miteinander verbunden sind.
Kunststoffträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung zweier Blechprofilteile (2.1, 2.2) miteinander an einem der Blechprofilteile Kragenansätze (4) ausgebildet sind, die jeweils mit einer im anderen Blechprofilteil ausgebildeten Öffnung korrespondieren und unter Vorspannung in diese eingreifen.