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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug-Bauteil mit einem Lochblech,
wie es beispielsweise aus der
DE 43 35 103 C1 als bekannt hervorgeht.
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In
unterschiedlichen Bereichen in Fahrzeugen kommen Bauteile zum Einsatz,
die einerseits eine flächenhafte
Belüftung
bzw. einen flächenhaften Luftdurchlass
ermöglichen
sollen, die andererseits aber eine gewisse Eigensteifigkeit aufweisen
sollen.
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So
müssen
beispielsweise oftmals in der vorderen Stirnwand Luftdurchtrittsöffnungen
vorgesehen werden, damit ein guter Luftaustausch zwischen der (im
Fahrzeuginneren angeordneten) Heizung bzw. Klimaanlage und der (im
hinteren Bereich der Motorhaube befindlichen) Luftansaugöffnung gewährleistet
ist. Um einerseits einen guten Luftdurchtritt zu ermöglichen,
andererseits aber die Steifigkeit/Betriebsfestigkeit der Stirnwand
nicht nachteilig zu beeinflussen, wird in der
DE 34 01 039 A1 vorgeschlagen,
die Stirnwand im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung siebartig gelocht auszubilden.
Insbesondere wird in die Luftdurchtrittsöffnung ein Lochblech eingesetzt,
das siebartige Lochungen aufweist und fest, beispielsweise durch
Schweißen,
mit der Stirnwand verbunden ist.
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Weiterhin
werden oftmals Fahrzeuginnenräume,
insbesondere heckseitige Kofferräume,
mit Belüftungsöffnungen
versehen, die als Druckausgleichsvorrichtungen einen Luftstau (Überdruck) beim
Schließen
von Türen
bzw. des Kofferraumdeckels vermeiden sollen. Hierzu werden beispielsweise
im Heckbereich Belüftungsöffnungen
angebracht; um den Eintritt von Schmutz und Feuchtigkeit zu verhindern,
können
diese Öffnungen
mit einem Gitter versehen sein. Allerdings sind diese Belüftungsöffnungen
immer mit einer lokalen Schwächung
der Karosserie verbunden, so dass solche Öffnungen nur in Bereichen angeordnet
werden dürfen,
in denen Steifigkeitsverluste in Kauf genommen werden können. Es
besteht daher Bedarf an konstruktiven Lösungen, die eine beliebige
räumliche
Anordnung der Innenraumbelüftung
ohne große
Steifigkeitsverluste der Karosserie gestatten.
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Ein
weiteres Beispiel für
ein Bauteil mit flächenhaftem
Luftdurchlass ist ein Cabriolet-Windschutz. Aus der
DE 38 44 844 C2 ist ein
Windschutz bekannt, der aus zwei mittels Scharnieren miteinander
verbundenen Teilen besteht, die jeweils von einem auf einen Rahmen
aufgespannten elastischen Netz gebildet sind. Aufgrund der Elastizität des Netzes
wird die von hinten auf den Windschutz auftreffende Luftströmung vergleichmäßigt und
die Luftgeschwindigkeit in einer solchen Weise reduziert, dass im
Fahrzeuginnenraum ein geringerer Strömungsgeräuschpegel erreicht wird.
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Aus
der
DE 41 19 530 A1 ist
ein Windschutz für
Cabriolets bekannt, der aus wenigstens einer transparenten Scheibe
besteht. Die Scheibe umfasst eine Vielzahl von Durchbrechungen,
die unterschiedliche Größe aufweisen
können.
Durch die Scheibe wird ein Großteil
der vom Fahrzeugheck kommenden Luftströmung von den Fahrgästen ferngehalten
und ein geringer, erwünschter
Teil dieser Luft strömt durch
die Durchbrechungen hindurch.
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Die
gattungsbildende
DE
43 35 103 C1 zeigt einen Windschutz für Fahrzeuge mit einer mit Luftdurchtrittsöffnungen
versehenen Abdeckwand aus einem Blechteil oder Streckmetall und
einem Rahmen am Umfang oder Umfangsbereich. Die Luftdurchtrittsöffnungen
sind derart optimiert und ausgerichtet, dass ihre Anzahl möglichst
gering ist. Dieser Windschutz benötigt jedoch eine entsprechend
große
Wandstärke
bzw. den Rahmen, um die erforderliche Steifigkeit zu erhalten. Zudem
wird die Sicht erheblich beeinträchtigt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug-Bauteil
mit einem Lochblech derart auszubilden, dass das Bauteil – bei einer hohen
Luftdurchlässigkeit – eine hohe
Eigensteifigkeit aufweist. Weiterhin soll das Bauteil einfach und kostengünstig herstellbar
sein.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach
ist das Lochblech zumindest abschnittsweise mit einer Wölbstrukturierung
versehen. Unter einem „wölbstrukturierten" Bereich des Lochblechs
wird hierbei ein Blechbereich verstanden, der mit einer versteifenden
Makrostruktur versehen ist, welche mit Hilfe eines Beulverfahrens
in das Lochblech eingebracht wird. Ein zur Erzeugung solcher beulstrukturierter
Bleche zum Einsatz kommendes Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 44 37 986 A1 bekannt.
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Im
Gegensatz zu der Wirkung klassischer Umformverfahren (wie z.B. Walzenprägen oder
Hydroforming), bei denen während
des Umformens eine Plastifizierung des Ausgangsmaterials statt findet,
wird das Blech beim Wölbstrukturieren
lediglich lokal gefaltet; dieser Prozess ist verbunden mit einer nur
unwesentlichen Oberflächenvergrößerung des Materials.
Während
des Wölbstrukturierens
werden auf dem Blech lokal definierte, vorgespannte Beulen erzeugt,
die dann – durch
eine lokal begrenzte Druckerzeugung aus der entgegengesetzten Richtung – durchgedrückt bzw.
stabilisiert werden. Die Beulverformung kann insbesondere – wie in
der
DE 44 37 986 A1 beschrieben – in einem
Durchlaufverfahren erfolgen, so dass gesamte Materialbahnen (bzw. bandartige
Bereiche auf ihnen) mit der Wölbstruktur versehen
werden.
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Die
Wölbstrukturierung
geht einher mit einer erheblichen Steifigkeitserhöhung des
betreffenden Lochblechs und des daraus gefertigten Bauteils. Das wölbstrukturierte
Lochblech hat – auch
bei geringer Materialstärke – eine ausreichend
hohe Eigensteifigkeit, so dass es beispielsweise direkt als Windschutz für ein Cabriolet
verwendet werden kann, ohne dass es mit einem versteifenden Rahmen
versehen werden muss. Das Lochblech kann eine hohe Dichte von Löchern aufweisen,
so dass eine gute Durchsicht ermöglicht
wird. Zudem ist bei Verwendung eines Lochblechs die Reinigung des
Windschutzes sehr einfach.
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Im
Unterschied zu versickten Blechen hat die Wölbstrukturierung den Vorteil,
eine weitgehend richtungsunabhängige
Steifigkeitserhöhung
zu bewirken. Durch Verwendung eines wölbstrukturierten Lochblechs
kann somit eine näherungsweise
richtungsunabhängige,
konstante Steifigkeit und Massenverteilung erreicht werden. Weiterhin
haben die im Zuge der Wölbstrukturierung
in eine Materialbahn eingebrachten Beulen – verglichen mit den herkömmlicherweise
eingeprägten
Sicken – eine
sehr geringe Höhe. Das
hat zur Folge, dass die effektive Bauteildicke des wölbstrukturierten
Lochblechs sehr gering ist, so dass ein solches Lochblech auch in
räumlich
beengten Bereichen verwendet werden kann.
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Wird
das Lochblech als Windschutz in einem Cabriolet verwendet, so überspannt
die Wölbstruktur vorteilhafterweise
das gesamte Lochblech. Das Lochblech kann randseitig mit einem Kantenschutz versehen
sein; aufgrund der hohen Steifigkeit der Wölbstrukturierung kann auf einen
Rahmen verzichtet werden. Neben der versteifenden Wirkung stellt die
Wölbstrukturierung
auch ein Dekorelement auf dem Windschutz dar.
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Weiterhin
kann das wölbstrukturiertes
Lochblech als Teil einer Druckausgleichsvorrichtung für Fahrzeuginnenräume verwendet
werden. In diesem Fall muss das Lochblech in der Regel randseitig
mit angrenzenden Karosseriekomponenten verbunden werden. Um dabei
herkömmliche,
bewährte
und großserientaugliche
Fügeverfahren – z.B. Punktschweißen und/oder
Kleben – verwenden
zu können und
dabei prozesssicher eine hochfeste Verbindung sicherzustellen, darf
in den zu fügenden
Randbereichen des Lochblechs keine (oder nur eine sehr geringe)
Wölbstruktur
vorliegen. In diesem Fall befindet sich die Wölbstruktur vorteilhafterweise
nur in einem Mittelbereich des Lochblechs, der damit als Versteifungsbereich
ausgestaltet ist; entlang der Fügebereiche,
die sich in der Regel randseitig auf dem Lochblech befinden, ist
das Lochblech vorzugsweise glatt, also frei von Wölbstrukturierung.
Diese glatten Fügebereiche
des Lochblechs können
erzeugt werden, indem diese Bereiche gezielt von einer Beulstrukturierung
ausgenommen werden. Wenn die Beulstrukturierung in einem Durchlaufverfahren
erzeugt werden, müssen
die Randbereiche ggf. nachträglich
geglättet werden,
was vorzugsweise mit Hilfe eines Prägeverfahrens erfolgt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele
näher erläutert; dabei
zeigen:
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1 eine
Aufsicht auf einen Windschutz für ein
Cabriolet mit einem wölbstrukturierten
Lochblech;
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2 eine Detaildarstellung des Windschutzes
nach 1 2a: in einer Aufsicht;
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2b:
in einer Schnittdarstellung;
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3 eine
Aufsicht auf ein wölbstrukturiertes
Lochblech für
eine Druckausgleichsvorrichtung;
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4 eine
Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie IV-IV in 3.
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1 zeigt
in einer schematischen Darstellung eine Aufsicht auf ein Bauteil 1 mit
einem Lochblech 2, das mit einer hexagonalen Wölbstruktur 3 versehen
ist. In diesem Ausführungsbeispiel
handelt es sich um einen Windschutz 4 für ein Cabriolet. Das wölbstrukturierte
Lochblech 2 ist randseitig mit einem Kantenschutz 5 – alternativ
auch mit einem Dekorrahmen – versehen. 2a und 2b zeigen
einen Ausschnitt des Windschutzes 4 der 1 in
einer Aufsicht (2a) und in einer Schnittdarstellung
mit stark überhöht dargestellter
Blechdicke (2b).
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Die
Wölbstrukturierung
3 des
Lochblechs
2 wurde durch Beulverformung eines ebenen perforierten
Ausgangsblechs erzeugt; ein geeignetes Herstellungsverfahren ist
beispielsweise in der
DE
44 37 986 A1 im Detail beschrieben. Die Beulenhöhe
6 der Wölbstruktur
3 ist
typischerweise sehr gering: So ragen bei Blechen mit Blechdicken
von 0.5 mm bis 1 mm, die typischerweise für einen Windschutz 4 zum Einsatz
kommen, die Beulen bei Wabengrößen
7 von 25–50 mm nur
etwa 2–4
mm aus der Materialbahn heraus. Die Wölbstrukturierung
3 verleiht dem
Lochblech
2 eine ausreichende Steifigkeit, so dass der Windschutz
4 ohne
zusätzlichen
Rahmen dem bei der Fahrt entstehenden Winddruck standhalten kann. Selbstverständlich kann
zu Dekorationszwecken oder zur Erzielung einer zusätzlichen
Versteifung ein Rahmen vorgesehen werden.
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Das
Lochblech 2 weist eine hohe Anzahl von Löchern 8 auf,
wodurch eine gute Durchsicht erzeugt wird, ohne die Wirkung des
Windschutzes 4 zu beeinträchtigen. Bevorzugt handelt
es sich bei den Löchern 8 um
ein regelmäßiges Muster
von Kreislöchern
gleicher Größe, wobei
auch andere Formen und Verteilungen der Löcher möglich sind. Das Lochblech 2 kann
aus einem Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, oder aus
einem Kunststoff-Metall-Verbundwerkstoff bestehen. Weiterhin kann
das Lochblech auch eine Kunststofffolie, eine faserverstärkte Kunststofffolie
oder eine Kunststoff-Verbundfolie sein. Soll der Windschutz 4 mit
einer Beschichtung versehen (z.B. lackiert, eloxiert) werden, so
kann das Lochblech 2 entweder vor oder nach der Wölbstrukturierung
beschichtet werden.
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Die
Wölbstruktur 3 des
Lochblechs 2 hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine hexagonale Symmetrie,
was in den Figuren schematisch durch ein Wabenmuster angedeutet
ist. Die Gitterkonstante 7 sowie die Wölbhöhe 6 der Wölbstruktur 3 sind
dabei der Materialstärke
sowie der gewünschten
Steifigkeit des Bauteils 1 angepasst. Die optimale Form und
Ausrichtung der Wölbstruktur 3 auf
dem Lochblech 2 kann in numerischen Festigkeitsuntersuchungen
bestimmt werden. Alternativ zu der gezeigten hexagonalen Wölbstruktur 3 kann
das Lochblech 2 auch eine Wölbstruktur mit einer trigonalen
oder einer rechteckigen Grundsymmetrie oder aufweisen. Da die Wölbstruktur 3 hochsymmetrisch
ist (im vorliegenden Fall in Form eines regelmäßigen hexagonalen Gitters),
hat diese Wölbstruktur 3 eine
näherungsweise
richtungsunabhängige
versteifende Wirkung auf das Lochblech 2. Alternativ können – je nach
Anwendungsfall – kann
das Lochblech mit einer anisotropen Wölbstruktur versehen werden,
um in einer bestimmten Vorzugsrichtung eine erhöhte Versteifung zu erreichen.
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Als
weiteres Ausführungsbeispiel
zeigt 3 eine Aufsicht auf ein Karosseriebauteil 1', das als Teil
einer Druckausgleichsvorrichtung ein wölbstrukturiertes Lochblech 2' mit hexagonaler Wölbstruktur 3 aufweist.
Zur Herstellung des Karosseriebauteils 1' muss das Lochblech 2' randseitig
mit einem anderen, benachbarten Bauteil 10 verbunden werden.
Entlang seines Randes 11 ist das Lochblech 2' daher mit Anschlusszonen 12 versehen,
welche weitgehend frei von Wölbstrukturen 3 sind
und die Form von flachen Flanschen haben (siehe die Schnittdarstellung
der 4). In diesen Anschlusszonen 12 ist die
ursprünglich
vorliegende Wölbstruktur 3 durch
ein Prägeverfahren
geglättet.
Die Anschlusszonen 12 sind so gestaltet, dass das Lochblech 2' mit Hilfe herkömmlicher
Fügeverfahren
(vorzugsweise durch eine Klebverbindung 13, alternativ beispielsweise
auch durch Punktschweißen)
an das benachbarte Bauteil 10 angebunden werden kann, welches
im Überlappungsbereich
mit den Anschlusszonen 12 ebenfalls näherungsweise flach ausgestaltet
sind. Zwar sind die Anschlusszonen 12 im Ausführungsbeispiel
der 3 und 4 randseitig angeordnet, jedoch
können
geglättete
Bereiche (als Anschlusszonen oder zu dekorativen Zwecken) ganz allgemein
an beliebigen Stellen auf dem Lochblech 2, beispielsweise
auch im Innenbereich, vorgesehen werden.