DE102008010834A1

DE102008010834A1 - Rahmenbauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102008010834A1
Application number: DE102008010834A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr. Götz; Eckhard Dipl.-Ing. Reese (Fh)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-02-23
Filing date: 2008-02-23
Publication date: 2009-08-27
Also published as: WO2009103327A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rahmenbauteil (1) einer Fahrzeugkarosserie mit einem hutprofilförmigen Blechprofil (2), dessen Außenseite (3) im verbauten Zustand des Blechprofils (2) mit einem Teilbereich die Sichtseite des Bauteils (1) bildet. Um zu erreichen, dass dessen Baugröße ohne Einbußen in der Crashsicherheit in einfacher Weise verringert werden kann, wird vorgeschlagen, dass das Rahmenbauteil (1) ein Versteifungsstrukturteil (5) aus einem Leichtbauwerkstoff aufweist, das im Inneren (6) des hutprofilförmigen Blechprofils (2) angeordnet und dort an diesem befestigt ist. Des Weiteren wird ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rahmenbauteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 5.
Ein gattungsgemäßes Rahmenbauteil bzw. Verfahren ist aus der DE 10 2006 015 405 A1 bekannt. Das dort als Dachrahmen verwandte Rahmenbauteil besteht aus drei Blechen, von denen zwei so gebogen und miteinander durch eine Schraubverbindung gefügt sind, dass sie ein Hohlprofil bilden. Ein drittes Blech ist als hutförmiges Profil ausgeformt, ist an das Hohlprofil gefügt und bildet mit einem Abschnitt, der außerhalb der Fügestellen liegt, die Sichtseite des Rahmenbauteils. Ein derartiges Rahmenbauteil ist aufgrund seiner mehrfachen Fügeoperationen relativ aufwändig herzustellen und erfordert zur Erfüllung einer ausreichenden Crashsicherheit ein etwas größeres Bauvolumen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Rahmenbauteil dahingehend weiterzubilden, dass dessen Baugröße ohne Einbussen in der Crashsicherheit in einfacher Weise verringert werden kann. Des Weiteren soll ein Verfahren zu dessen Herstellung angegeben werden.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 hinsichtlich des Rahmenbauteils und durch die Merkmale des Patentanspruches 5 hinsichtlich des Verfahrens gelöst.
Aufgrund der Erfindung wird das Rahmenbauteil auf nur zwei Bauteile reduziert, wobei das eine Bauteil, das Versteifungsstrukturteil, im anderen Bauteil, also im Blechprofil aufgenommen ist, so dass die Baugröße des Rahmenbauteils zusätzlich verringert wird. Dies erbringt für die Insassen des Fahrzeugs eine verbesserte Übersicht des Verkehrs bzw. der äußeren Umgebung. Darüber hinaus gewährt es dem Fahrzeuginsassen eine größere Kopffreiheit, was sich bei einem Crash verletzungsmindernd auswirkt. Weiterhin werden durch den Entfall eines Bauteils und von Fügeelementen die Herstellung vereinfacht und der Kosten reduziert. Die Verringerung der Bauteilezahl ohne Erhöhung der Massivität der noch vorhandenen Bauteile ist in besonders hohem Masse dem Leichtbau zuträglich, was den Fahrzeugverbrauch und die Abgasemission absenkt. Trotz der Erreichung einer geringeren Baugröße ist die Steifigkeit des Rahmenbauteils unverändert, wenn nicht gar verbessert, da das Versteifungsstrukturteil die durch den Wegfall der schalenförmigen Hohlprofilstruktur entstandene Schwächung des Rahmenbauteils mehr als kompensiert. Hierbei kann das Versteifungsstrukturteil auch entgegen der bisher üblichen Bauweisen in einfacher Weise hinsichtlich seiner Versteifungseigenschaften speziell an die lokal anfallenden mechanischen Belastungen angepasst werden, so dass einerseits eine besonders hohe Crashsicherheit gegeben ist als auch der Einsatz von überschüssigem Material verhindert wird, was ebenfalls dem Leichtbau entgegenkommt und Materialressourcen schont. Zudem besteht des Versteifungsstrukturteil aus einem Leichtbauwerkstoff, was zusätzlich vorteilhaft für den Leichtbau des Gesamtfahrzeugs ist.
Das Versteifungsstrukturteil kann in einfacher Weise im Inneren des hutprofilförmigen Blechprofils angeordnet und dort an diesem in Abhängigkeit vom verwandten Material beispielsweise durch Kleben, Schweißen, Löten befestigt werden.
Zur bevorzugten Herstellung des Rahmenbauteils wird ein unstrukturiertes Blech zu einem hutprofilförmigen Blechprofil tiefgezogen und anschließend in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt, in dem an das Blechprofil in dessen Inneren das Versteifungsstrukturteil aus dem Leichtbauwerkstoff angespritzt wird. Während in Verbauungslage des Rahmenbauteils das Innere des Blechprofils zum Fahrzeuginnenraum hin gerichtet ist, bildet seine Außenseite mit einem Teilbereich die Sichtseite des Bauteils. Zur verbesserten Haftung des Spritzgießmaterials am Blechprofil ist es denkbar, dass das Blechprofil an Stellen, die im verbauten Zustand des Rahmenbauteils außerhalb des Sichtbereichs liegen, Durchtrittsöffnungen oder Durchzüge aufweist, durch die das Spritzgießmaterial hindurchtreten kann und beim Erstarren verschließt, wobei das hindurchgetretene Material einen Blindniet oder Zuganker bildet, mit dem das Versteifungsstrukturteil sich am Blechprofil festkrallt. Ebenfalls ist es denkbar, dass das Spritzgießmaterial das Blechprofil randseitig umgreift, wobei dies in Abschnitten des Blechprofils erfolgt, die außerhalb des Sichtbereichs liegen.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 weist das Blechprofil Formschlusselemente auf, mittels derer das Versteifungsstrukturteil mit dem Blechprofil formschlüssig verbunden ist. Hierdurch wird dem Versteifungsstrukturteil am Blechprofil ein besonders guter rutsch- und drehfester Halt gegeben. Hierzu werden die Formschlusselemente in bevorzugter Ausgestaltung nach Anspruch 6 im Tiefziehverfahren in Form von muldenartigen Vertiefungen und/oder Erhebungen ausgeformt, wonach die Formschlusselemente umspritzt werden. In besonders verfahrensökonomischer Weise kann dabei gleichzeitig das Versteifungsstrukturteil hergestellt werden und ohne Fügevorgang am Blechprofil unverrückbar festgesetzt werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 befinden die Formschlusselemente sich an Stellen des Blechprofils, die im verbauten Zustand des Blechprofils außerhalb des Sichtbereichs liegen, wodurch die Ausbildung des Rahmenelements auch hohen optischen Ansprüchen genügen kann, da die auf Randstreifen des Profiltopfes angeordneten ansonsten sichtbaren Formschlusselemente von den sich anschließenden Blechen oder Blenden verdeckt werden. Weitere Formschlusselemente, die im Inneren des Profiltopfes angeordnet sind, sind ausschließlich an den Seitenwänden des Topfes ausgebildet, welche in Verbauungslage des Rahmenbauteils ebenfalls nicht sichtbar sind.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 beinhaltet das Versteifungsstrukturteil längs des Blechprofils und parallel zueinander verlaufende Lamellen, die mittels Querlamellen und Diagonallamellen miteinander verbunden sind. Diese Struktur ist sehr gewichts- und platzsparend und trotzdem erfüllt sie die hohen Steifigkeitsanforderungen. Außerdem wird die Verteilung der einwirkenden Kräfte bei einem Aufprall besser verteilt, was sich günstig auf den Insassenschutz auswirkt. Die Querlamellen und Diagonallamellen erbringen nicht nur eine Erhöhung der Steifigkeit für das Rahmenbauteil sondern stabilisieren auch die parallel zueinander laufenden versteifenden Lamellen und verhindern haltgebend, dass diese nicht aus den Formschlusselementen ausknüpfen. Zum sicheren Eingehen einer formschlüssigen Verbindung mit den besagten Formschlusselementen des Blechprofils ist es förderlich, seitlich abragende Haltelappen an die Lamellen anzuspritzen, welche Lappen dann den Formschluss eingehen. Alternativ können auch die Lamellen lokal dick genug gespritzt werden, damit Formschlusselement umfasst wird. Dies erfordert jedoch mehr Spritzgussmaterial als die erste Variante.
Eine Erhöhung der Versteifungswirkung des Versteifungsstrukturteils kann bevorzugt dadurch erzielt werden, dass das Spritzgießen parallel zum Blechprofil erfolgt. Hierzu wird vorab das Spritzgießmaterial mit Fasermaterial, beispielsweise Glasfasern oder Karbonfasern durchsetzt, so dass mit dem eindimensionalen Spritzgießen den Fasern eine Vorzugsrichtung gegeben wird, die den Widerstand des Versteifungsstrukturbauteils und damit des Rahmenteils gegenüber Biegung begünstigt.
Bevorzugt wird hierbei ein Gießmaterial mit der Bezeichnung BKV 60 EF (Polyamid mit einem hohen Glasfaseranteil von etwa 60%) verwandt. Mit diesem Material ist es zudem möglich, die Schmelzetemperatur und den Spritzdruck zu verringern, wodurch geringere Anforderungen an das Gießwerkzeug und den Druckerzeuger gestellt werden, was den Einsatz von einfacheren preisgünstigeren Materialien und Vorrichtungskonstruktionen für die Herstellung nach sich zieht.
In einer weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 9 wird der Leichtbauwerkstoff mittels Schaumspritzgießen angespritzt, wodurch sich hinsichtlich der Leichtbautechnik große Vorteile ergeben, wobei zusätzlich die Steifigkeit des Spritzgusselementes durch die mikrozelluläre Ausprägung des erstarrten Schaumes besonders groß ist und dadurch die Crashsicherheit noch weiter verbessert wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 10 wird das Blechprofil vor dem Anspritzen mit einem dem Leichtbauwerkstoff ähnlichen oder entsprechenden Werkstoff beschichtet. Beim Anspritzen wird die Beschichtung teilweise aufgeschmolzen, wodurch sich durch die Materialähnlichkeit bzw. -gleichheit des Beschichtungswerkstoffs und des angespritzten Leichtbauwerkstoffs eine stoffschlüssige Verbindung ergibt, die den Halt des Versteifungsstrukturbauteils am Blechprofil noch weiter verbessert.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 11 wird der Leichtbauwerkstoff mit dem Blechprofil verklebt. Die Verklebung kann alternativ oder zusätzlich zur formschlüssigen Verbindung erfolgen. Hierbei wird das Blechprofil mit einer Kleberschicht versehen, die entweder bei Normalbedingungen, also Raumtemperatur und Atmosphärendruck bereits klebende Eigenschaften aufweist oder erst zu einem späteren Zeitpunkt thermisch aktivierbar ist. Dies kann beispielsweise vorteilhaft durch die Abwärme des angespritzten heißen Leichbauwerkstoffes verursacht werden. Durch die Verklebung ergibt sich ein sehr guter Halt des Versteifungsstrukturbauteils am Blechprofil, bzw. der Halt wird noch verbessert, wenn sich zwischen den beiden Bauteilen auch eine formschlüssige Verbindung ausbildet.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 In einer Unteransicht einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Rahmenbauteils,
2 Das erfindungsgemäße Rahmenbauteil in einem Querschnitt entlang der Schnittlinie I-I aus 1.
In 1 ist ein Rahmenbauteil 1 einer Fahrzeugkarosserie dargestellt, das einen vorderen Dachrahmen bildet. Das Rahmenbauteil 1 beinhaltet ein hutprofilförmiges Blechprofil 2, dessen Außenseite 3 im verbauten Zustand des Blechprofils 1 mit einem Teilbereich 4 die Sichtseite des Bauteils 1 bildet. Das Rahmenbauteil 1 weist des Weiteren ein Versteifungsstrukturteil 5 aus einem Leichtbauwerkstoff auf, welcher ein Kunststoff, vorzugsweise mit Fasern, insbesondere Glasfasern durchsetzt, sein kann. Es ist jedoch auch anstatt dessen die Verwendung von Leichtmetallen wie Magnesium oder Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen denkbar. Das Versteifungsstrukturbauteil 5 ist im Inneren 6 des hutprofilförmigen Blechprofils 2 angeordnet und dort an diesem befestigt ist (siehe insbesondere 2).
Zur Befestigung weist das Blechprofil 2 Formschlusselemente 7 in Form von Wülsten auf, mittels derer das Versteifungsstrukturteil 5 mit dem Blechprofil 2 formschlüssig verbunden ist. Die Wülste können länglich oder auch nur punktuell nach Art von noppenartigen Erhebungen ausgebildet sein. Anstelle der Wülste oder auch zusätzlich können die Formschlusselemente 7 als muldenförmige Vertiefungen wie Kalotten ausgebildet, gegebenenfalls geprägt sein. Die Formschlusselemente 7 befinden sich an Stellen des Blechprofils 2, die im verbauten Zustand des Blechprofils 2 außerhalb des Sichtbereichs liegen, wie beispielsweise hier an den Seitenwänden 8 und den Randstreifen 9 des Hutprofils.
Das Versteifungsstrukturteil 5 ist gebildet durch längs des Blechprofils 2 und parallel zueinander verlaufende Lamellen 10, die mittels Querlamellen 11 und Diagonallamellen 12 miteinander verbunden sind.
Zur Herstellung des Rahmenbauteils 1 wird zunächst ein unstrukturiertes Blech zu dem hutprofilförmigen Blechprofil 2 tiefgezogen, wobei gleichzeitig die Formschlusselemente 7 in Form von muldenartigen Vertiefungen und/oder Erhebungen ausgeformt werden. Das Blechprofil 2 wird sodann in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt, wobei dort an das Blechprofil 2 in dessen Inneren 6 das Versteifungsstrukturteil 5 aus dem erwähnten Leichtbauwerkstoff angespritzt wird. Hierbei werden die Formschlusselemente 7 umspritzt, wobei an den Lamellen 10 Befestigungslappen 13 angeformt sind, die die Formschlusselemente 7 umgreifen bzw. vollständig einfassen. Das Spritzgießen erfolgt parallel zum Blechprofil 2 und vorzugsweise mittels der Schaumspritzgieß-Technologie.
Es ist auch denkbar, am Blechprofil 2 im Tiefziehvorgang oder in einem nachgeschalteten Prozess durch Stanzen oder einem sonstigen Schneide- oder Trennverfahren an Stellen Durchzüge zu erzeugen, die im verbauten Zustand des Rahmenbauteils 2 außerhalb des Sichtbereichs liegen. Beim Spritzgießen werden diese Durchzüge vom noch flüssigen Spritzguss durchdrungen werden, welcher in der anschließenden Erstarrungsphase den jeweiligen Durchzug ankerartig hintergreift.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102006015405 A1 [0002]

Claims

Rahmenbauteil einer Fahrzeugkarosserie mit einem hutprofilförmigen Blechprofil, dessen Außenseite im verbauten Zustand des Blechprofils mit einem Teilbereich die Sichtseite des Bauteils bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenbauteil (1) ein Versteifungsstrukturteil (5) aus einem Leichtbauwerkstoff aufweist, das im Inneren (6) des hutprofilförmigen Blechprofils (2) angeordnet und dort an diesem befestigt ist.
Rahmenbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechprofil (2) Formschlusselemente (7) aufweist, mittels derer das Versteifungsstrukturteil (5) mit dem Blechprofil (2) formschlüssig verbunden ist.
Rahmenbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente (7) sich an Stellen des Blechprofils (2) befinden, die im verbauten Zustand des Blechprofils (2) außerhalb des Sichtbereichs liegen.
Rahmenbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungsstrukturteil (5) längs des Blechprofils (2) und parallel zueinander verlaufende Lamellen (10) beinhaltet, die mittels Querlamellen (11) und Diagonallamellen (12) miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung eines Rahmenbauteils einer Fahrzeugkarosserie nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein unstrukturiertes Blech zu einem hutprofilförmigen Blechprofil (2) tiefgezogen wird, dass das Blechprofil (2) in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt wird und dort an das Blechprofil (2) in dessen Inneren (6) ein Versteifungsstrukturteil (5) aus einem Leichtbauwerkstoff angespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Tiefziehverfahren Formschlusselemente (7) in Form von muldenartigen Vertiefungen und/oder Erhebungen ausgeformt werden und dass die Formschlusselemente (7) umspritzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spritzgießen parallel zum Blechprofil (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Blechprofil (2) an Stellen Durchzüge erzeugt werden, die im verbauten Zustand des Rahmenbauteils (1) außerhalb des Sichtbereichs liegen, und dass die Durchzüge vom noch flüssigen Spritzguss durchdrungen werden, welcher in der anschließenden Erstarrungsphase den jeweiligen Durchzug ankerartig hintergreift.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtbauwerkstoff mittels Schaumspritzgießen angespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechprofil (2) vor dem Anspritzen mit einem dem Leichtbauwerkstoff ähnlichen oder entsprechenden Werkstoff beschichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Leichtbauwerkstoff mit dem Blechprofil (2) verklebt wird.